JP7367064B2 - optical scanning device - Google Patents

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Description

本発明は、ＬｉＤＡＲ等に代表されるビームステアリング型３ＤセンシングデバイスおよびＡＲグラスの表示等に用いられる光走査装置に関するものであり、特に半導体レーザビームを光源とし、液晶回折素子を用いた偏向素子を備えた光走査装置に関するものである。 The present invention relates to a beam steering type 3D sensing device such as LiDAR, and an optical scanning device used for displaying AR glasses, etc., and particularly to an optical scanning device that uses a semiconductor laser beam as a light source and a deflection element using a liquid crystal diffraction element. The present invention relates to an optical scanning device equipped with the present invention.

光走査装置は、光源からの光束を光偏向素子で偏向させ、光走査を行なう。このような光走査装置においては、近年、精度上の要求とともに小型化の要求が強くなっている。そのために、光偏向素子に回折の原理を用いて光を偏向させる回折素子を用いることができる。例えば、特開平１０－０６８９０３号公報記載の光走査装置は、ＤＯＥ（Diffractive Optical Elements）の回折素子を用いている。また、回折素子の中でも液晶を用いた液晶回折素子はその厚さが薄いことや回折効率が高いという優れた性能から好適に用いることができる。
例えば、ＵＳ２０１２１８８４６７に記載の光走査装置は液晶回折素子の光学系を用いている。An optical scanning device performs optical scanning by deflecting a light beam from a light source using an optical deflection element. In such optical scanning devices, in recent years, demands for precision as well as miniaturization have become stronger. For this purpose, a diffraction element that deflects light using the principle of diffraction can be used as the optical deflection element. For example, the optical scanning device described in JP-A-10-068903 uses a DOE (Diffractive Optical Elements) diffraction element. Further, among the diffraction elements, a liquid crystal diffraction element using liquid crystal can be suitably used because of its thin thickness and excellent performance such as high diffraction efficiency.
For example, the optical scanning device described in US2012188467 uses an optical system of a liquid crystal diffraction element.

一方で、光走査装置の光源として用いられる半導体レーザーは、温度上昇により発振波長が長波長側にシフトする特性を有する。変化の度合いは、４０℃の上昇で＋８ｎｍ程度である。ここで、回折素子による回折角度は波長によって変化する。そのため、光源の発振波長が変化すると、走査方向が変化してしまうという問題があった。 On the other hand, a semiconductor laser used as a light source of an optical scanning device has a characteristic that its oscillation wavelength shifts to a longer wavelength side as the temperature rises. The degree of change is about +8 nm with an increase of 40°C. Here, the diffraction angle by the diffraction element changes depending on the wavelength. Therefore, there is a problem in that when the oscillation wavelength of the light source changes, the scanning direction changes.

温度変動に伴う走査方向の変化に対して、結像光学系、アナモフィックレンズ、またはコリメートレンズに回折光学素子を用いて補正することが知られている。 It is known to correct changes in the scanning direction due to temperature fluctuations by using a diffractive optical element in an imaging optical system, an anamorphic lens, or a collimating lens.

特開平１０－０６８９０３号公報Japanese Patent Application Publication No. 10-068903 ＵＳ２０１２／１８８４６７号US2012/188467

これらの文献に記載の方法を、液晶回折素子を用いる走査系に対して用いることは、光学系の補正に対して高精度の光学部品を用いないと補正が安定しないという点で困難であった。 It is difficult to apply the methods described in these documents to a scanning system that uses a liquid crystal diffraction element because the correction is unstable unless high-precision optical components are used to correct the optical system. .

本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、液晶回折素子の支持体の線膨張係数の特性を利用した所定の液晶回折素子を備えることにより、半導体レーザの温度変動に対応して走査方向が安定な光走査装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and by providing a predetermined liquid crystal diffraction element that utilizes the linear expansion coefficient characteristics of the support of the liquid crystal diffraction element, the scanning direction can be adjusted in response to temperature fluctuations of the semiconductor laser. The object of the present invention is to provide a stable optical scanning device.

上記目的を達成するために、本発明は、以下の構成を有する。
（１） 光源と、光偏向素子を備えた光走査装置であって、
光偏向素子は、支持体と、液晶組成物の硬化層である光学異方性層とを含み、
液晶組成物に含まれる液晶化合物の光学軸が、光学異方性層の面に平行であり、かつ、光学異方性層が、光学異方性層の面内の少なくとも一方向に沿って配列された液晶配向パターンであって、液晶化合物の光学軸の向きが、連続的に回転変化した液晶配向パターンを有しており、
支持体が、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする光走査装置。
（１）｜ｄλ／（ｄｔ×λ０）－α｜＜２×１０-4
ここで、
λ０：２５℃における光源の中心波長（ｎｍ）
ｄλ：温度上昇（室温２５℃→６５℃）による光源の中心波長の増分（ｎｍ）
ｄｔ：温度の増分（℃：室温２５℃→６５℃）
α：支持体膨張の線膨張係数（１／℃）
（２） 光学異方性層は、液晶化合物の光学軸の向きが０．１～５μｍの周期で１８０°回転している、（１）に記載の光走査装置。
（３） 光偏向素子に含まれる光学異方性層を複数する、（１）または（２）に記載の光走査装置。
（４） 光偏向素子は、支持体および光学異方性層とを有する回折素子と、光偏向器と、を有する（１）～（３）のいずれかに記載の光走査装置。In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.
(1) An optical scanning device comprising a light source and an optical deflection element,
The light deflection element includes a support and an optically anisotropic layer that is a cured layer of a liquid crystal composition,
The optical axis of the liquid crystal compound contained in the liquid crystal composition is parallel to the plane of the optically anisotropic layer, and the optically anisotropic layer is aligned along at least one direction within the plane of the optically anisotropic layer. The liquid crystal alignment pattern has a liquid crystal alignment pattern in which the direction of the optical axis of the liquid crystal compound is continuously changed by rotation,
An optical scanning device characterized in that the support satisfies the following conditional expression (1).
(1) |dλ/(dt×λ0)−α|<2×10 -4
here,
λ0: center wavelength of light source at 25°C (nm)
dλ: Increment (nm) in the center wavelength of the light source due to temperature rise (room temperature 25°C → 65°C)
dt: Increment of temperature (°C: room temperature 25°C → 65°C)
α: Linear expansion coefficient of support expansion (1/°C)
(2) The optical scanning device according to (1), wherein in the optically anisotropic layer, the direction of the optical axis of the liquid crystal compound is rotated by 180° at a period of 0.1 to 5 μm.
(3) The optical scanning device according to (1) or (2), wherein the optical deflection element includes a plurality of optically anisotropic layers.
(4) The optical scanning device according to any one of (1) to (3), wherein the optical deflection element includes a diffraction element having a support and an optically anisotropic layer, and an optical deflector.

本発明によれば、液晶回折素子の支持体の線膨張係数の特性を利用した所定の液晶回折素子を備えることにより、半導体レーザの温度変動に対応して走査方向が安定な光走査装置を提供することができる。 According to the present invention, an optical scanning device is provided in which the scanning direction is stable in response to temperature fluctuations of a semiconductor laser by including a predetermined liquid crystal diffraction element that utilizes the linear expansion coefficient characteristic of a support of the liquid crystal diffraction element. can do.

本発明の光走査装置の一例を概念的に示す図である。1 is a diagram conceptually showing an example of an optical scanning device of the present invention. 本発明の光走査装置の他の一例を概念的に示す図である。FIG. 7 is a diagram conceptually showing another example of the optical scanning device of the present invention. 本発明の光走査装置の作用を説明するための概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining the operation of the optical scanning device of the present invention. 液晶回折素子の一例を概念的に示す図である。1 is a diagram conceptually showing an example of a liquid crystal diffraction element. 図４に示す液晶回折素子の平面図である。5 is a plan view of the liquid crystal diffraction element shown in FIG. 4. FIG. 液晶回折素子の作用を説明するための概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining the action of a liquid crystal diffraction element. 液晶回折素子の別の例の平面図である。FIG. 3 is a plan view of another example of a liquid crystal diffraction element. 配向膜を露光する露光装置の一例を概念的に示す図である。FIG. 2 is a diagram conceptually showing an example of an exposure apparatus that exposes an alignment film. 配向膜を露光する露光装置の別の例を概念的に示す図である。FIG. 7 is a diagram conceptually showing another example of an exposure apparatus that exposes an alignment film. 本発明の光走査装置の別の例を概念的に示す図である。FIG. 3 is a diagram conceptually showing another example of the optical scanning device of the present invention.

発明の実施の形態Embodiments of the invention

以下、本発明の実施形態１について図面を用いて説明する。 Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to the drawings.

ここで、図１は本発明の実施形態１の光走査装置の基本構成を示す。 Here, FIG. 1 shows the basic configuration of an optical scanning device according to Embodiment 1 of the present invention.

本実施形態１に係る光走査装置は、半導体レーザよりなる光源１５１と、支持体１３１および支持体１３１の少なくとも一方の面に配置される液晶回折素子１２１で構成される回折素子１６１と、光源から射出された光束を偏向する光偏向器１０１とを備えている。回折素子１６１および光偏向器１０１は、本発明における光偏向素子に相当する。また、液晶回折素子１２１は、本発明における光学異方性層に相当する。 The optical scanning device according to the first embodiment includes a light source 151 made of a semiconductor laser, a diffraction element 161 composed of a support 131 and a liquid crystal diffraction element 121 disposed on at least one surface of the support 131, and The light deflector 101 deflects the emitted light beam. Diffraction element 161 and optical deflector 101 correspond to the optical deflection element in the present invention. Further, the liquid crystal diffraction element 121 corresponds to an optically anisotropic layer in the present invention.

図１に示す例は、光偏向器１０１として、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems、微小機器電気システム）光偏向器を用いる光走査装置の一例である。 The example shown in FIG. 1 is an example of an optical scanning device that uses a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) optical deflector as the optical deflector 101.

液晶回折素子１２１は、液晶組成物の硬化層であり、液晶組成物に含まれる液晶化合物の光学軸が、液晶回折素子の主面に平行であり、かつ、液晶回折素子が、その面内の少なくとも一方向に沿って配列された液晶配向パターンであって、液晶化合物の光学軸の向きが、連続的に回転変化した液晶配向パターンを有している。液晶回折素子は、液晶配向パターンを有することで、入射した光を回折する。
後に詳述するが、液晶回折素子による光の回折角度は、液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光学軸の向きが、１８０°回転する１周期ｐの長さ（以下、単に「１周期ｐ」ともいう）に依存し、１周期ｐが短いほど回折角度が大きくなる。The liquid crystal diffraction element 121 is a hardened layer of a liquid crystal composition, and the optical axis of the liquid crystal compound contained in the liquid crystal composition is parallel to the main surface of the liquid crystal diffraction element, and the liquid crystal diffraction element The liquid crystal alignment pattern is arranged along at least one direction, and has a liquid crystal alignment pattern in which the direction of the optical axis of the liquid crystal compound is continuously rotated. A liquid crystal diffraction element diffracts incident light by having a liquid crystal alignment pattern.
As will be explained in detail later, the diffraction angle of light by the liquid crystal diffraction element is defined as the length of one period p (hereinafter also simply "one period p") in which the direction of the optical axis of the liquid crystal compound rotates by 180 degrees in the liquid crystal alignment pattern. ), and the shorter one period p, the larger the diffraction angle becomes.

図１に示すように、この光走査装置によれば、光源１５１から発せられたレーザビームは、光偏向器１０１によって回折素子１６１の方向に光の方向を偏向される。偏向された光が回折素子１６１のいずれかの場所に入射し、回折素子１６１によって光の偏向角を拡大するなど所望の方向に回折されることによって、光走査装置１００として機能する。光偏向器１０１は制御器１４１によって回折素子に入射する偏向角を制御する。これ以外にも、図示されない反射ミラーや集光レンズや偏向子や位相差板などが光路中に適宜挿入されていてもよい。 As shown in FIG. 1, according to this optical scanning device, a laser beam emitted from a light source 151 is deflected in the direction of a diffraction element 161 by an optical deflector 101. The deflected light enters any part of the diffraction element 161 and is diffracted by the diffraction element 161 in a desired direction, such as by expanding the deflection angle of the light, thereby functioning as the optical scanning device 100. The light deflector 101 controls the deflection angle of light incident on the diffraction element by a controller 141. In addition to this, a reflecting mirror, a condensing lens, a polarizer, a retardation plate, etc. (not shown) may be appropriately inserted into the optical path.

光走査装置１００は、光源１５１が出射した光を光偏向器１０１によって所定の角度偏向する。光偏向器１０１による偏光角度は制御器１４１によって適宜変更され、光の進行方向が変えられ光を用いた走査を行う。
光偏向器１０１によって偏向された光は、回折素子１６１によって回折されて、例えば、図示例のように偏向角度を拡大される。従って、走査範囲が拡大される。In the optical scanning device 100, the light emitted by the light source 151 is deflected by a predetermined angle by the optical deflector 101. The polarization angle by the optical deflector 101 is appropriately changed by the controller 141, and the traveling direction of the light is changed to perform scanning using the light.
The light deflected by the optical deflector 101 is diffracted by the diffraction element 161, and the deflection angle is expanded, for example, as shown in the illustrated example. Therefore, the scanning range is expanded.

図１において、光源に主に用いられるレーザビームの波長には温度依存性があり、一般に温度上昇により発振波長が長波長側にシフトする特性を有する。変化の度合いは、４０℃の上昇で＋８ｎｍ程度である。すなわち、９４０ｎｍのレーザーを用いた場合に、光源の温度が４０℃上昇すると、光源の発振波長は９４８ｎｍ程度になる。一方で、回折素子による回折角度は、光の波長によって変化する。この波長増分による偏向角度の影響を調べると、例えば回折素子に３０°で入射したときの走査角度（回折素子から出射される光の角度）が６０°の場合、温度上昇により波長増分したときには走査角度が６０．４と変化してしまう。これを防ぐには、支持体の線膨張係数がある関係にある場合に有効であることを見出した。ここで液晶回折素子の屈折率温度依存性や膨張係数温度依存性が有効なのではなく、支持体の温度膨張が有効である点が本発明の特徴である。 In FIG. 1, the wavelength of the laser beam mainly used in the light source has temperature dependence, and generally has a characteristic that the oscillation wavelength shifts to the longer wavelength side as the temperature rises. The degree of change is about +8 nm with an increase of 40°C. That is, when a 940 nm laser is used and the temperature of the light source increases by 40° C., the oscillation wavelength of the light source becomes approximately 948 nm. On the other hand, the diffraction angle by the diffraction element changes depending on the wavelength of the light. Examining the influence of the deflection angle due to this wavelength increment, for example, if the scanning angle (the angle of light emitted from the diffraction element) is 60° when the light enters the diffraction element at 30°, when the wavelength increases due to temperature rise, the scanning The angle changes to 60.4. It has been found that it is effective to prevent this when the linear expansion coefficients of the support have a certain relationship. The feature of the present invention is that the temperature dependence of the refractive index and the temperature dependence of the expansion coefficient of the liquid crystal diffraction element are not effective, but the temperature expansion of the support is effective.

前述のとおり、液晶回折素子による光の回折角度は、液晶配向パターンの１周期ｐに依存する。そのため、温度上昇によって液晶回折素子が面方向に膨張すると、１周期ｐが長くなり、回折角度が小さくなる。そのため、光源の発振波長の増加による偏向角度の増加を、液晶回折素子の膨張による回折角度の減少で相殺して偏向角度を温度によらず一定にすることが考えられる。
ここで、液晶回折素子は液晶性化合物を重合して形成するがその厚さは数ミクロンから数十ミクロンである。一方で、液晶回折素子を少なくとも１面に有する支持体は数百ミクロン以上であり、また液晶性化合物の重合による液晶回折素子よりも弾性率が大きい。そのため、温度変動に伴って液晶回折素子および支持体が伸縮する場合には、液晶回折素子の伸縮は支持体によって規制されてしまい、液晶回折素子の状態は支持体の伸縮に主に支配される。
そのため、温度変動に伴う回折素子としての回折角度は液晶回折素子の熱特性そのものではなく、液晶回折素子が追随する支持体の熱特性に主に支配される。その結果、支持体の線膨張係数が下記の条件式（１）の関係のときに、光源の波長増分による影響を抑えることができることを見出した。
（１）｜ｄλ／（ｄｔ×λ０）－α｜＜２×１０-4
ここで、
λ０：２５℃における光源の中心波長（ｎｍ）
ｄλ：温度上昇（室温２５℃→６５℃）による光源の中心波長の増分（ｎｍ）
ｄｔ：温度の増分（℃：室温２５℃→６５℃）
α：支持体の線膨張係数（１／℃）As described above, the diffraction angle of light by the liquid crystal diffraction element depends on one period p of the liquid crystal alignment pattern. Therefore, when the liquid crystal diffraction element expands in the plane direction due to a rise in temperature, one period p becomes longer and the diffraction angle becomes smaller. Therefore, it is conceivable to offset the increase in the deflection angle due to the increase in the oscillation wavelength of the light source by the decrease in the diffraction angle due to the expansion of the liquid crystal diffraction element, thereby making the deflection angle constant regardless of the temperature.
Here, the liquid crystal diffraction element is formed by polymerizing a liquid crystal compound, and its thickness is from several microns to several tens of microns. On the other hand, a support having a liquid crystal diffraction element on at least one surface has a diameter of several hundred microns or more, and has a higher elastic modulus than a liquid crystal diffraction element formed by polymerizing a liquid crystal compound. Therefore, when the liquid crystal diffraction element and the support expand and contract due to temperature fluctuations, the expansion and contraction of the liquid crystal diffraction element is regulated by the support, and the state of the liquid crystal diffraction element is mainly controlled by the expansion and contraction of the support. .
Therefore, the diffraction angle of the diffraction element due to temperature fluctuations is not determined by the thermal characteristics of the liquid crystal diffraction element itself, but is mainly controlled by the thermal characteristics of the support that the liquid crystal diffraction element follows. As a result, it has been found that when the linear expansion coefficient of the support satisfies the following conditional expression (1), the influence of the wavelength increment of the light source can be suppressed.
(1) |dλ/(dt×λ0)−α|<2×10 -4
here,
λ0: center wavelength of light source at 25°C (nm)
dλ: Increment (nm) in the center wavelength of the light source due to temperature rise (room temperature 25°C → 65°C)
dt: Increment of temperature (°C: room temperature 25°C → 65°C)
α: Linear expansion coefficient of support (1/℃)

この条件式（１）は、走査角度のずれが０．３°未満になるように規定している。支持体がこの条件式（１）を満足することにより、温度変動による走査角度ずれを小さくすることができる。 Conditional expression (1) stipulates that the deviation in scanning angle is less than 0.3°. When the support satisfies conditional expression (1), it is possible to reduce scanning angle deviation due to temperature fluctuations.

例えば、具体的な数値をあげて走査角度ずれについて述べる。
温度が室温（２５℃）から４０℃増えたときに、レーザーの中心波長が９４０ｎｍ→９４８ｎｍになる場合、支持体の線膨張係数が小さい、例えばゼロの場合には、入射角３０°に対する出射角は６０°→６０．４°になり、走査角度ずれは０．４°になる。支持体の線膨張係数がゼロの場合には、条件式（１）の左辺は約２．１×１０-4となり、条件式（１）を満たさない。
これに対して、支持体の線膨張係数が５０ｐｐｍ／℃の場合には走査角度ずれは０．３°以下となり、線膨張係数が１００ｐｐｍ／℃の場合には走査角度ずれは０．２°以下となり、線膨張係数が２００ｐｐｍ／℃の場合には走査角度ずれは略０となる。これによって、温度変動に強い光走査装置を実現可能になる。支持体の線膨張係数が５０ｐｐｍ／℃の場合には、条件式（１）の左辺は約１．６×１０-4となり、条件式（１）を満たす。支持体の線膨張係数が１００ｐｐｍ／℃の場合には、条件式（１）の左辺は約１．１×１０-4となり、条件式（１）を満たす。支持体の線膨張係数が２００ｐｐｍ／℃の場合には、条件式（１）の左辺は約０．１×１０-4となり、条件式（１）を満たす。For example, we will discuss the scanning angle deviation using specific numerical values.
If the center wavelength of the laser changes from 940nm to 948nm when the temperature increases by 40°C from room temperature (25°C), if the linear expansion coefficient of the support is small, for example zero, the output angle with respect to the incident angle of 30° changes from 60° to 60.4°, and the scanning angle deviation becomes 0.4°. When the linear expansion coefficient of the support is zero, the left side of conditional expression (1) is approximately 2.1×10 −4 , which does not satisfy conditional expression (1).
On the other hand, when the linear expansion coefficient of the support is 50 ppm/°C, the scanning angle deviation is 0.3° or less, and when the linear expansion coefficient is 100 ppm/°C, the scanning angle deviation is 0.2° or less. Therefore, when the coefficient of linear expansion is 200 ppm/° C., the scanning angle deviation becomes approximately 0. This makes it possible to realize an optical scanning device that is resistant to temperature fluctuations. When the linear expansion coefficient of the support is 50 ppm/° C., the left side of conditional expression (1) is approximately 1.6×10 −4 and conditional expression (1) is satisfied. When the linear expansion coefficient of the support is 100 ppm/°C, the left side of conditional expression (1) is approximately 1.1×10 −4 , which satisfies conditional expression (1). When the linear expansion coefficient of the support is 200 ppm/°C, the left side of conditional expression (1) is approximately 0.1×10 −4 and conditional expression (1) is satisfied.

ここで、図１に示す例では、光偏向器１０１としてＭＥＭＳ光偏向器を有する構成としたが、これに限定はされず、光偏向器１０１は、入射する光を所定の角度偏向し、偏向角度を変更できるものであればよい。例えば、図２に示す例では、光偏向器１０１として液晶光位相変調素子を有してる。図２においては、光走査装置１００は、図中、光偏向器１０１の左側に配置される図示しない光源と、光偏向器１０１と、回折素子１６１と、制御器１４１と、を有する。 Here, in the example shown in FIG. 1, the configuration is such that the optical deflector 101 includes a MEMS optical deflector, but the configuration is not limited to this, and the optical deflector 101 deflects incident light at a predetermined angle. Any device that can change the angle is fine. For example, in the example shown in FIG. 2, a liquid crystal optical phase modulation element is used as the optical deflector 101. In FIG. 2, the optical scanning device 100 includes a light source (not shown) disposed on the left side of the optical deflector 101 in the figure, the optical deflector 101, a diffraction element 161, and a controller 141.

液晶光位相変調素子は、液晶層に電圧を印加して液晶層内の液晶の配向を制御することで、入射する光の偏向方向を制御するものである。 A liquid crystal optical phase modulation element controls the polarization direction of incident light by applying a voltage to a liquid crystal layer to control the alignment of liquid crystal in the liquid crystal layer.

図３は、図２に示す光走査装置１００の作用を説明するための概念図である。
図３に示すように、液晶光位相変調素子１０１は、図示しない光源から出射された光を所定の角度だけ偏向する（実線の矢印参照）。液晶光位相変調素子１０１による偏光角度は、制御器１４１によって変更される。すなわち、図３中破線の矢印で示すように、液晶光位相変調素子１０１による偏光角度は、制御器１４１によって適宜変更され光の進行方向が変えられる。これにより、光の進行方向が変えられ、光走査装置１００は、光を用いた走査を行う。FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining the operation of the optical scanning device 100 shown in FIG. 2.
As shown in FIG. 3, the liquid crystal optical phase modulation element 101 deflects light emitted from a light source (not shown) by a predetermined angle (see solid arrow). The polarization angle by the liquid crystal optical phase modulation element 101 is changed by the controller 141. That is, as shown by the broken line arrow in FIG. 3, the polarization angle by the liquid crystal optical phase modulation element 101 is appropriately changed by the controller 141, and the traveling direction of the light is changed. As a result, the traveling direction of the light is changed, and the optical scanning device 100 performs scanning using light.

光偏向器１０１によって偏向された光は、回折素子１６１によって回折されて、例えば、図示例のように偏向角度を拡大される。従って、走査範囲が拡大される。 The light deflected by the optical deflector 101 is diffracted by the diffraction element 161, and the deflection angle is expanded, for example, as shown in the illustrated example. Therefore, the scanning range is expanded.

ここで、図３に示す例では、回折素子１６１の液晶回折素子１２０は、面内で液晶配向パターンの１周期が異なる領域（１２０ａ～１２０ｅ）を有している。前述のとおり、液晶回折素子１２０においては、液晶配向パターンの１周期が小さいほど、回折角度が大きくなる。また、光走査装置１００においては、出射光の偏向角度を大きくするために、光偏向器１０１による偏向の中心から外側（両端部）に向かって、漸次、液晶回折素子１２０の回折角度を大きくする。
このことは、図３において、液晶回折素子１２０の領域である１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃのそれぞれの１周期ｐをｐａ、ｐｂ、ｐｃとすると、ｐａ＜ｐｂ＜ｐｃ、の関係があることを意味する。同様に、１２０ｄ、１２０ｅのそれぞれの１周期ｐをｐｄ、ｐｅとすると、ｐｅ＜ｐｄ＜ｐｃの関係があることを意味する。Here, in the example shown in FIG. 3, the liquid crystal diffraction element 120 of the diffraction element 161 has regions (120a to 120e) in which one period of the liquid crystal alignment pattern differs within the plane. As described above, in the liquid crystal diffraction element 120, the smaller one period of the liquid crystal alignment pattern, the larger the diffraction angle. Furthermore, in the optical scanning device 100, in order to increase the deflection angle of the emitted light, the diffraction angle of the liquid crystal diffraction element 120 is gradually increased from the center of deflection by the optical deflector 101 toward the outside (both ends). .
This means that in FIG. 3, if one period p of each of the regions 120a, 120b, and 120c of the liquid crystal diffraction element 120 is pa, pb, and pc, then there is a relationship of pa<pb<pc. . Similarly, if one period p of each of 120d and 120e is pd and pe, it means that there is a relationship of pe<pd<pc.

以下に構成要素について詳細に説明する。
［回折素子］
図４に、回折素子１６１の一例を概念的に示す。
図４は、回折素子１６１を、図１～図３と同方向に見た図であり、回折素子１６１の側面図である。回折素子１６１は、シート状のものであって、支持体１３１と、配向膜１３と、光学異方性層（液晶回折素子）１２１と、を有する。
図示例では、液晶回折素子１２１は、光偏向器１０１が偏向した光を、光偏向素子による偏向方向に回折することにより、光偏向器１０１が偏向した光を、さらに偏向するものである。光走査装置１００は、光偏向器１０１に、このような液晶回折素子１２１を組み合わせるにより、光偏向器１０１の最大偏向角θｍａｘよりも遥かに大きい、最大の出射角度θｍａｘｏｕｔの偏向角による光の偏向を可能にしている。
なお、液晶回折素子１２１のシート面方向をｘ－ｙ方向、厚さ方向をｚ方向として定義している。図４においては、図中横方向が液晶化合物由来の光学軸が一方向に向かって回転する方向（後述する軸Ａ方向）であり、この方向をｘ方向とする。従って、ｙ方向は、図４の紙面と直交する方向になる。The constituent elements will be explained in detail below.
[Diffraction element]
FIG. 4 conceptually shows an example of the diffraction element 161.
FIG. 4 is a side view of the diffraction element 161, viewed in the same direction as FIGS. 1 to 3. FIG. The diffraction element 161 is sheet-shaped and includes a support 131, an alignment film 13, and an optically anisotropic layer (liquid crystal diffraction element) 121.
In the illustrated example, the liquid crystal diffraction element 121 further deflects the light deflected by the light deflector 101 by diffracting the light deflected by the light deflector 101 in the direction of deflection by the light deflector. By combining such a liquid crystal diffraction element 121 with the optical deflector 101, the optical scanning device 100 emits light at a deflection angle of the maximum output angle θ maxout , which is much larger than the maximum deflection angle θ max of the optical deflector 101. allows for the deflection of
Note that the sheet surface direction of the liquid crystal diffraction element 121 is defined as the xy direction, and the thickness direction is defined as the z direction. In FIG. 4, the horizontal direction in the figure is the direction in which the optical axis derived from the liquid crystal compound rotates in one direction (axis A direction, which will be described later), and this direction is defined as the x direction. Therefore, the y direction is a direction perpendicular to the paper plane of FIG.

液晶回折素子１２１は、平面状であるが、液晶回折素子１２１は、平面状に制限はされず、曲面状でもよい。 Although the liquid crystal diffraction element 121 has a planar shape, the liquid crystal diffraction element 121 is not limited to a planar shape and may have a curved shape.

＜支持体＞
支持体１３１は、熱膨張率が所定の条件を満たし、配向膜および光学異方性層を支持できるものであれば、各種のシート状物（フィルム、板状物）が利用可能である。
支持体１３１としては、透明支持体が好ましく、ポリメチルメタクリレート等のポリアクリル系樹脂フィルム、セルローストリアセテート等のセルロース系樹脂フィルム、およびシクロオレフィンポリマー系フィルム等を挙げることができる。シクロオレフィンポリマー系フィルムとしては、例えば、ＪＳＲ社製の商品名「アートン」、および、日本ゼオン社製の商品名「ゼオノア」等が例示される。
支持体１３１の線膨張係数は式（１）の関係になるものを選択するのが好適である。線膨張係数は材料固有の定数であるとともに、複数の材料を混合させたり積層構造にすることによって、その複合材として線膨張係数の値を調整することができる。<Support>
As the support 131, various sheet-like materials (films, plate-like materials) can be used as long as the coefficient of thermal expansion satisfies predetermined conditions and can support the alignment film and the optically anisotropic layer.
The support 131 is preferably a transparent support, and examples include polyacrylic resin films such as polymethyl methacrylate, cellulose resin films such as cellulose triacetate, and cycloolefin polymer films. Examples of the cycloolefin polymer film include "Arton" (trade name) manufactured by JSR Corporation and "Zeonor" (trade name) manufactured by Zeon Corporation.
It is preferable to select the linear expansion coefficient of the support 131 that satisfies the relationship expressed by equation (1). The coefficient of linear expansion is a constant specific to a material, and by mixing a plurality of materials or creating a laminated structure, the value of the coefficient of linear expansion can be adjusted as a composite material.

また、支持体１３１の熱膨張方向に異方性がある場合には、回折素子の周期方向と平行または垂直にすることが望ましい。線膨張係数は支持体が延伸されている場合には延伸方向の線膨張係数が高いことがあり、その場合は延伸方向と回折素子の周期方向を平行にすることが望ましい。逆の場合には延伸方向と回折素子の周期方向を直交にすることが望ましい。 Furthermore, if the support body 131 has anisotropy in its thermal expansion direction, it is desirable to make it parallel or perpendicular to the periodic direction of the diffraction element. When the support is stretched, the linear expansion coefficient may be high in the stretching direction, and in that case, it is desirable that the stretching direction and the periodic direction of the diffraction element be parallel to each other. In the opposite case, it is desirable that the stretching direction and the periodic direction of the diffraction element be orthogonal to each other.

＜配向膜＞
回折素子１６１において、支持体１３１の表面には配向膜１３が形成される。
配向膜１３は、光学異方性層１２１を形成する際に、液晶化合物２０を、所定の液晶配向パターンに配向するための配向膜である。<Orientation film>
In the diffraction element 161, an alignment film 13 is formed on the surface of the support 131.
The alignment film 13 is an alignment film for aligning the liquid crystal compound 20 in a predetermined liquid crystal alignment pattern when forming the optically anisotropic layer 121.

後述するが、回折素子１６１において、光学異方性層１２１は、液晶化合物２０に由来する光学軸２２の向きが、面内の一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する。従って、配向膜１３は、光学異方性層１２１が、この液晶配向パターンを形成できるように、形成される。
光学異方性層１２１においては、液晶配向パターンにおける、光学軸２２の向きが連続的に回転しながら変化する一方向（後述する軸Ａに沿う方向）において、光学軸２２の向きが１８０°回転する長さを１周期（光学軸２２の回転周期ｐ）とする。本発明の光走査装置１００において、光学異方性層１２１は、光偏向器１０１による偏向（偏向方位（偏向方向））の中心から外側に向かって、１周期が、漸次、短くなる。
また、液晶化合物２０の光学軸の回転方向は、軸Ａに沿う方向（矢印ｘ方向）に向かって、光偏向器１０１による偏向の中心で逆転する。従って、配向膜１３は、光学異方性層１２１が、この液晶配向パターンを形成できるように、形成される。As will be described later, in the diffraction element 161, the optically anisotropic layer 121 has a liquid crystal orientation in which the direction of the optical axis 22 originating from the liquid crystal compound 20 changes while continuously rotating along one in-plane direction. Has a pattern. Therefore, the alignment film 13 is formed so that the optically anisotropic layer 121 can form this liquid crystal alignment pattern.
In the optically anisotropic layer 121, the direction of the optical axis 22 is rotated by 180° in one direction (direction along axis A, which will be described later) in which the direction of the optical axis 22 changes while continuously rotating in the liquid crystal alignment pattern. The length of the rotation is defined as one period (rotation period p of the optical axis 22). In the optical scanning device 100 of the present invention, one period of the optically anisotropic layer 121 gradually becomes shorter from the center of the deflection (deflection direction (deflection direction)) by the optical deflector 101 toward the outside.
Further, the rotation direction of the optical axis of the liquid crystal compound 20 is reversed at the center of deflection by the optical deflector 101 toward the direction along the axis A (arrow x direction). Therefore, the alignment film 13 is formed so that the optically anisotropic layer 121 can form this liquid crystal alignment pattern.

配向膜１３は、公知の各種のものが利用可能である。
配向膜１３としては、例えば、ポリマーなどの有機化合物からなるラビング処理膜、無機化合物の斜方蒸着膜、マイクログルーブを有する膜、ならびに、ω－トリコサン酸、ジオクタデシルメチルアンモニウムクロライドおよびステアリル酸メチルなどの有機化合物のラングミュア・ブロジェット法によるＬＢ（Langmuir-Blodgett：ラングミュア・ブロジェット）膜を累積させた膜、等があげられる。Various known alignment films can be used as the alignment film 13.
Examples of the alignment film 13 include a rubbed film made of an organic compound such as a polymer, an obliquely vapor-deposited film of an inorganic compound, a film having microgrooves, and ω-tricosanoic acid, dioctadecylmethylammonium chloride, methyl stearate, and the like. Examples include a film in which LB (Langmuir-Blodgett) films of organic compounds are accumulated using the Langmuir-Blodgett method.

配向膜１３としては、ポリマー層の表面をラビング処理して形成されたものが例示される。ラビング処理は、ポリマー層の表面を紙や布で一定方向に数回こすることにより実施される。配向膜に使用するポリマーの種類は、ポリイミド、ポリビニルアルコール、特開平９－１５２５０９号公報に記載された重合性基を有するポリマー、特開２００５－９７３７７号公報、特開２００５－９９２２８号公報、および、特開２００５－１２８５０３号公報記載の配向膜等を好ましく使用することができる。 An example of the alignment film 13 is one formed by rubbing the surface of a polymer layer. The rubbing treatment is performed by rubbing the surface of the polymer layer several times in a fixed direction with paper or cloth. The types of polymers used for the alignment film include polyimide, polyvinyl alcohol, polymers having polymerizable groups described in JP-A-9-152509, JP-A-2005-97377, JP-A-2005-99228, and , the alignment film described in JP-A No. 2005-128503 can be preferably used.

なお、本発明で言う直交配向膜とは、重合性棒状液晶化合物の分子の長軸を、直交配向膜のラビング方向と実質的に直交するように配向させる配向膜を意味する。配向膜の厚さは配向機能を提供できれば厚い必要はなく、０．０１～５μｍであることが好ましく、０．０５～２μｍであることがさらに好ましい。 In addition, the orthogonal alignment film as used in the present invention means an alignment film that orients the long axis of the molecules of the polymerizable rod-like liquid crystal compound so as to be substantially orthogonal to the rubbing direction of the orthogonal alignment film. The thickness of the alignment film does not need to be large as long as it can provide an alignment function, and is preferably 0.01 to 5 μm, more preferably 0.05 to 2 μm.

配向膜１３としては、光配向性の素材に偏光または非偏光を照射して配向膜とした、いわゆる光配向膜も利用可能である。すなわち、支持体１３１上に、光配光材料を塗布して光配向膜を作製してもよい。
偏光の照射は、光配向膜に対して、垂直方向または斜め方向から行うことができ、非偏光の照射は、光配向膜に対して、斜め方向から行うことができる。As the alignment film 13, it is also possible to use a so-called photo-alignment film in which a photo-alignable material is irradiated with polarized or non-polarized light to form an alignment film. That is, a light alignment film may be produced by applying a light distribution material onto the support 131.
Polarized light irradiation can be performed perpendicularly or obliquely to the photo-alignment film, and unpolarized light can be irradiated obliquely to the photo-alignment film.

本発明に利用可能な光配向膜に用いられる光配向材料としては、例えば、特開２００６－２８５１９７号公報、特開２００７－７６８３９号公報、特開２００７－１３８１３８号公報、特開２００７－９４０７１号公報、特開２００７－１２１７２１号公報、特開２００７－１４０４６５号公報、特開２００７－１５６４３９号公報、特開２００７－１３３１８４号公報、特開２００９－１０９８３１号公報、特許第３８８３８４８号、特許第４１５１７４６号に記載のアゾ化合物、特開２００２－２２９０３９号公報に記載の芳香族エステル化合物、特開２００２－２６５５４１号公報、特開２００２－３１７０１３号公報に記載の光配向性単位を有するマレイミドおよび／またはアルケニル置換ナジイミド化合物、特許第４２０５１９５号、特許第４２０５１９８号に記載の光架橋性シラン誘導体、特表２００３－５２０８７８号公報、特表２００４－５２９２２０号公報、特許第４１６２８５０号に記載の光架橋性ポリイミド、ポリアミド、またはエステル、特開平９－１１８７１７号公報、特表平１０－５０６４２０号公報、特表２００３－５０５５６１号公報、ＷＯ２０１０／１５０７４８号公報、特開２０１３－１７７５６１号公報、ならびに、特開２０１４－１２８２３号公報に記載の光二量化可能な化合物、特にシンナメート化合物、カルコン化合物およびクマリン化合物が好ましい例として挙げられる。特に好ましくは、アゾ化合物、光架橋性ポリイミド、ポリアミド、エステル、および、シンナメート化合物、カルコン化合物である。
本発明においては、光配向膜を用いるのが好ましい。Examples of the photo-alignment material used in the photo-alignment film that can be used in the present invention include JP-A No. 2006-285197, JP-A No. 2007-76839, JP-A No. 2007-138138, and JP-A No. 2007-94071. Publication, JP 2007-121721, JP 2007-140465, JP 2007-156439, JP 2007-133184, JP 2009-109831, Patent No. 3883848, Patent No. 4151746 Azo compounds described in JP-A No. 2002-229039, aromatic ester compounds described in JP-A No. 2002-265541, maleimides having photo-alignable units described in JP-A Nos. 2002-317013 and/or Alkenyl-substituted nadimide compounds, photocrosslinkable silane derivatives described in Japanese Patent No. 4205195 and Japanese Patent No. 4205198, photocrosslinkable polyimides described in Japanese Patent Publication No. 2003-520878, Japanese Patent No. 2004-529220, and Japanese Patent No. 4162850 , polyamide, or ester, JP-A-9-118717, JP-A-10-506420, JP-A-2003-505561, WO2010/150748, JP-A-2013-177561, and JP-A-2014 Preferable examples include the photodimerizable compounds described in Japanese Patent No. 12823, particularly cinnamate compounds, chalcone compounds and coumarin compounds. Particularly preferred are azo compounds, photocrosslinkable polyimides, polyamides, esters, cinnamate compounds, and chalcone compounds.
In the present invention, it is preferable to use a photo-alignment film.

光配向材料を支持体１３１上に塗布して乾燥させた後、配向膜を露光して配向パターンを形成する、配向膜の露光装置の模式図を図８に示す。
露光装置５０は、レーザ５２を備えた光源５４と、レーザ５２からのレーザ光７０を２つに分離する偏光ビームスプリッター５６と、分離された２つの光線７２Ａ、７２Ｂの光路上にそれぞれ配置されたミラー５８Ａ、５８Ｂおよびλ／４板６０Ａ、６０Ｂを備える。
なお、光源５４は直線偏光Ｐ0を出射する。λ／４板６０Ａは、直線偏光Ｐ0を右円偏光ＰRに、λ／４板６０Ｂは直線偏光Ｐ0を左円偏光ＰLに変換する。FIG. 8 shows a schematic diagram of an alignment film exposure apparatus that applies a photoalignment material onto the support 131 and dries it, and then exposes the alignment film to form an alignment pattern.
The exposure device 50 includes a light source 54 equipped with a laser 52, a polarizing beam splitter 56 that separates the laser beam 70 from the laser 52 into two, and is arranged on the optical path of the two separated beams 72A and 72B, respectively. It includes mirrors 58A, 58B and λ/4 plates 60A, 60B.
Note that the light source 54 emits linearly polarized light P 0 . The λ/4 plate 60A converts linearly polarized light P 0 into right-handed circularly polarized light PR , and the λ/4 plate 60B converts linearly polarized light P 0 into left-handed circularly polarized light PL .

配向パターンを形成される前の配向膜１３を備えた支持体１３１が露光部に配置され、２つの光線７２Ａ、７２Ｂを配向膜１３上で交差させて干渉させ、その干渉光を配向膜１３に照射して露光する。この際の干渉により、配向膜１３に照射される光の偏光状態が干渉縞状に周期的に変化するものとなる。これによって、配向状態が周期的に変化する配向パターンが得られる。
露光装置５０において、２つの光線７２Ａおよび７２Ｂの交差角βを変化させることにより、配向パターンの周期を変化させることができる。すなわち、露光装置５０においては、交差角βを調節することにより、液晶化合物２０に由来する光学軸２２が一方向に沿って連続的に回転する配向パターンにおいて、光学軸２２が回転する１方向における、光学軸２２が１８０°回転する１周期の長さ（回転周期ｐ＝周期ｐ）を調節できる。
このように配向状態が周期的に変化した配向パターンを有する配向膜１３上に、後述する光学異方性層１２１を形成することにより、この周期に応じた液晶配向パターンを備えた光学異方性層１２１を形成することができる。
また、λ／４板６０Ａおよびλ／４板６０Ｂの光学軸を各々９０°回転することにより、光学軸２２の回転方向を逆にすることができる。A support 131 provided with the alignment film 13 before an alignment pattern is formed is placed in the exposure section, and the two light beams 72A and 72B are made to intersect and interfere with each other on the alignment film 13, and the interference light is transmitted to the alignment film 13. Irradiate and expose. Due to this interference, the polarization state of the light irradiated onto the alignment film 13 changes periodically in the form of interference fringes. As a result, an alignment pattern in which the alignment state changes periodically can be obtained.
In the exposure apparatus 50, the period of the alignment pattern can be changed by changing the intersection angle β of the two light beams 72A and 72B. That is, in the exposure device 50, by adjusting the intersection angle β, the optical axis 22 derived from the liquid crystal compound 20 is rotated in one direction in an alignment pattern in which the optical axis 22 derived from the liquid crystal compound 20 rotates continuously along one direction. , the length of one period in which the optical axis 22 rotates by 180° (rotation period p=period p) can be adjusted.
By forming an optically anisotropic layer 121, which will be described later, on the alignment film 13 having an alignment pattern in which the alignment state changes periodically in this way, optical anisotropy with a liquid crystal alignment pattern corresponding to this period can be obtained. Layer 121 can be formed.
Furthermore, by rotating the optical axes of the λ/4 plate 60A and the λ/4 plate 60B by 90 degrees, the direction of rotation of the optical axis 22 can be reversed.

また、配向膜１３の露光には、図９に概念的に示す露光装置８０も、好適に利用される。図９に示す露光装置８０は、図７に示すような、同心円状の液晶配向パターンを形成する場合にも用いられる露光装置である。
露光装置８０は、レーザ８２を備えた光源８４と、レーザ８２からのレーザ光ＭをＳ偏光ＭＳとＰ偏光ＭＰとに分割する偏光ビームスプリッター８６と、Ｐ偏光ＭＰの光路に配置されたミラー９０ＡおよびＳ偏光ＭＳの光路に配置されたミラー９０Ｂと、Ｓ偏光ＭＳの光路に配置されたレンズ９２（凸レンズ）と、偏光ビームスプリッター９４と、λ／４板９６と、を有する。Further, for exposing the alignment film 13, an exposure apparatus 80 conceptually shown in FIG. 9 is also suitably used. The exposure apparatus 80 shown in FIG. 9 is an exposure apparatus that is also used when forming a concentric liquid crystal alignment pattern as shown in FIG.
The exposure device 80 includes a light source 84 including a laser 82, a polarization beam splitter 86 that splits the laser beam M from the laser 82 into S-polarized light MS and P-polarized light MP, and a mirror 90A arranged in the optical path of the P-polarized light MP. and a mirror 90B placed in the optical path of the S-polarized light MS, a lens 92 (convex lens) placed in the optical path of the S-polarized light MS, a polarizing beam splitter 94, and a λ/4 plate 96.

偏光ビームスプリッター８６で分割されたＰ偏光ＭＰは、ミラー９０Ａによって反射されて、偏光ビームスプリッター９４に入射する。他方、偏光ビームスプリッター８６で分割されたＳ偏光ＭＳは、ミラー９０Ｂによって反射され、レンズ９２によって集光されて偏光ビームスプリッター９４に入射する。
Ｐ偏光ＭＰおよびＳ偏光ＭＳは、偏光ビームスプリッター９４で合波されて、λ／４板９６によって偏光方向に応じた右円偏光および左円偏光となって、支持体１３１の上の配向膜１３に入射する。
ここで、右円偏光と左円偏光との干渉により、配向膜１３に照射される光の偏光状態が干渉縞状に周期的に変化するものとなる。同心円の内側から外側に向かうにしたがい、左円偏光と右円偏光の交差角が変化するため、内側から外側に向かってピッチが変化する露光パターンが得られる。これにより、配向膜１３において、配向状態が周期的に変化する同心円状の配向パターンが得られる。The P-polarized light MP split by the polarizing beam splitter 86 is reflected by the mirror 90A and enters the polarizing beam splitter 94. On the other hand, the S-polarized light MS split by the polarizing beam splitter 86 is reflected by the mirror 90B, condensed by the lens 92, and incident on the polarizing beam splitter 94.
The P-polarized light MP and the S-polarized light MS are combined by a polarizing beam splitter 94 and turned into right-handed circularly polarized light and left-handed circularly polarized light according to the polarization direction by a λ/4 plate 96, and are sent to the alignment film 13 on the support 131. incident on .
Here, due to interference between the right-handed circularly polarized light and the left-handed circularly polarized light, the polarization state of the light irradiated onto the alignment film 13 changes periodically in the form of interference fringes. Since the intersection angle of the left-handed circularly polarized light and the right-handed circularly polarized light changes from the inside to the outside of the concentric circles, an exposure pattern whose pitch changes from the inside to the outside is obtained. As a result, in the alignment film 13, a concentric alignment pattern in which the alignment state changes periodically is obtained.

この露光装置８０において、液晶化合物２０の光学軸２２が一方向に沿って連続的に１８０°回転する１周期の長さ（回転周期ｐ）は、レンズ９２の屈折力（レンズ９２のＦナンバー）レンズ９２の焦点距離、および、レンズ９２と配向膜１３との距離等を変化させることで、制御できる。 In this exposure device 80, the length of one period (rotation period p) in which the optical axis 22 of the liquid crystal compound 20 continuously rotates 180 degrees along one direction is the refractive power of the lens 92 (F number of the lens 92). It can be controlled by changing the focal length of the lens 92, the distance between the lens 92 and the alignment film 13, etc.

また、レンズ９２の屈折力（レンズ９２のＦナンバー）を調節することによって、光学軸２２が連続的に回転する一方向において、光学軸２２が１８０°回転する１周期の長さを変更できる。具体的には、平行光と干渉させる、レンズ９２を透過した光の集光の程度によって、光学軸２２が１８０°回転する１周期の長さ変えることができる。より具体的には、レンズ９２の屈折力を弱くすると、平行光に近づくため、光学軸２２が１８０°回転する１周期の長さは、内側から外側に向かって緩やかに短くなり、Ｆナンバーは大きくなる。逆に、レンズ９２の屈折力を強めると、光学軸２２が１８０°回転する１周期の長さは、内側から外側に向かって急に短くなり、Ｆナンバーは小さくなる。 Further, by adjusting the refractive power of the lens 92 (F number of the lens 92), the length of one cycle in which the optical axis 22 rotates 180° in one direction in which the optical axis 22 continuously rotates can be changed. Specifically, the length of one cycle in which the optical axis 22 rotates by 180 degrees can be changed depending on the degree of condensation of the light transmitted through the lens 92, which is caused to interfere with the parallel light. More specifically, when the refractive power of the lens 92 is weakened, the light approaches parallel light, so the length of one period in which the optical axis 22 rotates by 180 degrees gradually decreases from the inside to the outside, and the F number decreases. growing. Conversely, when the refractive power of the lens 92 is strengthened, the length of one period in which the optical axis 22 rotates by 180 degrees becomes suddenly shorter from the inside to the outside, and the F number becomes smaller.

このように、光学軸２２が連続的に回転する１方向において、光学軸２２が１８０°回転する１周期（回転周期ｐ）を変更する構成は、矢印Ｘ方向の一方向のみに液晶化合物２０の光学軸２２が連続的に回転して変化する構成でも、利用可能である。
例えば、光学軸２２が１８０°回転する１周期を、矢印Ｘ方向に向かって、漸次、短くすることにより、集光するように光を透過する光学素子を得ることができる。また、液晶配向パターンにおいて、光学軸２２が１８０°回転する方向を逆にすることにより、矢印Ｘ方向にのみ拡散するように光を透過する光学素子を得ることができる。なお、入射する円偏光の旋回方向を逆にすることでも、矢印のＸ方向にのみ拡散するように光を透過する光学素子を得ることができる。In this way, in one direction in which the optical axis 22 continuously rotates, the configuration in which the one period (rotation period p) in which the optical axis 22 rotates 180 degrees is changed is such that the liquid crystal compound 20 is rotated only in one direction in the arrow X direction. A configuration in which the optical axis 22 continuously rotates and changes can also be used.
For example, by gradually shortening one period in which the optical axis 22 rotates by 180 degrees in the direction of the arrow X, an optical element that transmits light in a condensing manner can be obtained. Furthermore, by reversing the direction in which the optical axis 22 rotates by 180 degrees in the liquid crystal alignment pattern, it is possible to obtain an optical element that transmits light so as to be diffused only in the direction of the arrow X. Note that by reversing the direction of rotation of the incident circularly polarized light, it is also possible to obtain an optical element that transmits light so as to be diffused only in the X direction of the arrow.

さらに、例えば透過光に光量分布を設けたい場合など、光学素子の用途によって、矢印Ｘ方向に向かって、光学軸２２が１８０°回転する１周期を漸次、変更するのではなく、矢印Ｘ方向において、部分的に光学軸２２が１８０°回転する１周期が異なる領域を有する構成も利用可能である。例えば、部分的に光学軸２２が１８０°回転する１周期を変更する方法として、集光したレーザー光の偏光方向を任意に変えながら、光配向膜をスキャン露光してパターニングする方法等を利用することができる。 Furthermore, depending on the use of the optical element, such as when it is desired to provide a light intensity distribution for transmitted light, the optical axis 22 may be rotated in the direction of the arrow X instead of gradually changing one period in which the optical axis 22 rotates 180 degrees in the direction of the arrow X. , it is also possible to use a configuration in which the optical axis 22 partially has regions in which one period in which the optical axis 22 rotates by 180 degrees differs. For example, as a method for partially changing one period in which the optical axis 22 rotates by 180 degrees, a method is used in which the optical alignment film is patterned by scanning exposure while arbitrarily changing the polarization direction of the focused laser beam. be able to.

なお、回折素子１６１において、配向膜１３は、好ましい態様として設けられるものであり、必須の構成要件ではない。
例えば、支持体１３１をラビング処理する方法、支持体１３１をレーザ光等で加工する方法等によって、支持体１３１に配向パターンを形成することにより、光学異方性層１２１が、液晶化合物２０に由来する光学軸２２の向きが面内の少なくとも一方向に沿って連続的に回転しながら変化している液晶配向パターンを有する構成とすることも、可能である。In addition, in the diffraction element 161, the alignment film 13 is provided as a preferable aspect, and is not an essential component.
For example, by forming an alignment pattern on the support 131 by rubbing the support 131 or processing the support 131 with a laser beam, etc., the optically anisotropic layer 121 is formed from the liquid crystal compound 20. It is also possible to adopt a configuration having a liquid crystal alignment pattern in which the direction of the optical axis 22 changes while continuously rotating along at least one in-plane direction.

＜光学異方性層＞
回折素子１６１において、配向膜１３の表面には、液晶化合物２０を含む液晶組成物の硬化層である光学異方性層（液晶回折素子）１２１を備えている。
光学異方性層１２１においては、液晶化合物の光学軸（遅相軸）が、光学異方性層の面内の少なくとも一方向に沿って配列された液晶パターンであって、液晶化合物２０の光学軸２２の向きが、一方向に向かって回転変化した液晶配向パターンを有する。<Optically anisotropic layer>
In the diffraction element 161, the surface of the alignment film 13 is provided with an optically anisotropic layer (liquid crystal diffraction element) 121, which is a hardened layer of a liquid crystal composition containing the liquid crystal compound 20.
The optically anisotropic layer 121 is a liquid crystal pattern in which the optical axis (slow axis) of the liquid crystal compound is aligned along at least one direction within the plane of the optically anisotropic layer, and the optical axis of the liquid crystal compound 20 is It has a liquid crystal alignment pattern in which the direction of the axis 22 is rotated in one direction.

本実施形態の液晶回折素子１２１は、波長λの光に対する光学異方性層１２１の厚さ方向（図中ｚ方向）のリターデーションＲ（＝Δｎ・ｄ１）が、０．３６λ～０．６４λである。リターデーションＲは０．４λ～０．６λが好ましく、０．４５λ～０．５５λがより好ましく、０．５λであることが特に好ましい。Δｎは光学異方性層１２１の複屈折率、ｄ１は厚さである。例えば、９４０ｎｍの光を入射光として想定する場合には、９４０ｎｍの光に対するリターデーションＲが３３８～６０２ｎｍの範囲であればよく、４７０ｎｍであることが特に好ましい。
このようなリターデーションＲを有するので、光学異方性層１２１は、一般的なλ／２板としての機能、すなわち、入射光の直交する直線偏光成分の間に１８０°（＝π＝λ／２）の位相差を与える機能を発現する。The liquid crystal diffraction element 121 of this embodiment has a retardation R (=Δn·d1) of 0.36λ to 0.64λ in the thickness direction (z direction in the figure) of the optically anisotropic layer 121 for light with a wavelength λ. It is. The retardation R is preferably 0.4λ to 0.6λ, more preferably 0.45λ to 0.55λ, and particularly preferably 0.5λ. Δn is the birefringence of the optically anisotropic layer 121, and d1 is the thickness. For example, when light of 940 nm is assumed as the incident light, the retardation R for the light of 940 nm may be in the range of 338 to 602 nm, and is particularly preferably 470 nm.
Since it has such a retardation R, the optically anisotropic layer 121 functions as a general λ/2 plate, that is, the optically anisotropic layer 121 functions as a 180° (=π=λ/ 2) Expresses the function of providing a phase difference.

液晶回折素子１２１は、透過型の回折格子として機能する。回折格子として機能する原理について、図４～図６を参照して説明する。
なお、図５は、光学異方性層１２１の概略平面図であり、すなわち、図４を、図中上方からみた図である。The liquid crystal diffraction element 121 functions as a transmission type diffraction grating. The principle of functioning as a diffraction grating will be explained with reference to FIGS. 4 to 6.
Note that FIG. 5 is a schematic plan view of the optically anisotropic layer 121, that is, a view of FIG. 4 viewed from above.

図４および図５に示すように、光学異方性層１２１においては、液晶化合物２０が、一方向に連続的に光学軸２２が回転変化した液晶配向パターンで固定化されている。図示例では、矢印ｘ方向に一致する、図５中の軸Ａに沿った方向に、光学軸２２が連続的に回転変化している。すなわち、光学軸２２として定義される液晶化合物２０の長軸（異常光の軸：ダイレクタ）の面内成分と、軸Ａとが成す角度が、回転変化するように液晶化合物２０が配向されている。
なお、図５に示すように、光学異方性層１２１において、液晶化合物２０の光学軸２２の方向は、軸Ａと直交する方向すなわち矢印ｙ方向に配列される液晶化合物２０では、一致している。光学異方性層１２１は、このｙ方向の液晶化合物２０の光学軸２２の方向が一致する領域毎に、上述のような一般的なλ／２板としての機能を発現する。As shown in FIGS. 4 and 5, in the optically anisotropic layer 121, the liquid crystal compound 20 is fixed in a liquid crystal alignment pattern in which the optical axis 22 rotates continuously in one direction. In the illustrated example, the optical axis 22 rotates continuously in the direction along the axis A in FIG. 5, which corresponds to the direction of the arrow x. That is, the liquid crystal compound 20 is oriented such that the angle formed by the in-plane component of the long axis (axis of extraordinary light: director) of the liquid crystal compound 20 defined as the optical axis 22 and the axis A changes rotationally. .
As shown in FIG. 5, in the optically anisotropic layer 121, the directions of the optical axes 22 of the liquid crystal compounds 20 are aligned in the direction perpendicular to the axis A, that is, in the direction of the arrow y. There is. The optically anisotropic layer 121 functions as a general λ/2 plate as described above in each region where the direction of the optical axis 22 of the liquid crystal compound 20 in the y direction coincides.

光学軸２２の向きが回転変化した液晶配向パターンとは、軸Ａに沿って配列されている液晶化合物２０の光学軸２２と軸Ａとのなす角度が、軸Ａ方向の位置によって異なっており、軸Ａに沿って光学軸２２と軸Ａとのなす角度がφからφ＋１８０°あるいはφ－１８０°まで徐々に変化するように配向され固定化されたパターンである。
以下において、図５に示すような、光学異方性層１２１において、液晶化合物２０の光学軸２２が光学異方性層１２１の面に平行であり、さらに、光学軸２２の向きが一定である局所領域（単位領域）すなわち液晶化合物２０が矢印ｙ方向に配列される領域が、矢印ｙ方向と直交するｘ方向に配列されており、かつ、矢印ｘ方向に配列される複数の局所領域間において、光学軸２２の向きが一方向（軸Ａに沿う方向）に向かって連続的に回転変化するように配向されている液晶配向パターンを、水平回転配向と称する。A liquid crystal alignment pattern in which the direction of the optical axis 22 is rotationally changed is such that the angle between the optical axis 22 of the liquid crystal compound 20 arranged along the axis A and the axis A differs depending on the position in the axis A direction, The pattern is oriented and fixed so that the angle between the optical axis 22 and the axis A gradually changes along the axis A from φ to φ+180° or φ−180°.
In the following, in the optically anisotropic layer 121 as shown in FIG. A local region (unit region), that is, a region in which the liquid crystal compounds 20 are arranged in the direction of the arrow y is arranged in the x direction perpendicular to the direction of the arrow y, and between a plurality of local regions arranged in the direction of the arrow x. A liquid crystal alignment pattern that is oriented so that the direction of the optical axis 22 continuously changes rotationally in one direction (direction along axis A) is referred to as a horizontal rotational alignment.

なお、連続的に回転変化するとは、図４および図５に示す通り、３０°刻みなどの一定の角度の領域が隣接して０°から１８０°（＝０°）まで回転するものであってもよい。または、軸Ａ方向に向かう光学軸２２の角度変化は、一定の角度間隔ではなく、不均一な角度間隔で回転する物であってもよい。本発明においては、単位領域の光学軸２２の向きの平均値が一定の割合で線形に変化していれば徐々に変化していることになる。ただし、軸Ａ方向に隣接する、光学軸２２が異なる傾きを有する単位領域同士における光学軸の傾きの変化は、４５°以下とするのが好ましい。隣接する単位領域の傾きの変化は、より小さい方が好ましい。 In addition, as shown in FIGS. 4 and 5, continuous rotational change means that areas of a fixed angle, such as in 30° increments, rotate from 0° to 180° (=0°) adjacently. Good too. Alternatively, the angular change of the optical axis 22 in the direction of the axis A may be made by rotating at non-uniform angular intervals instead of at constant angular intervals. In the present invention, if the average value of the orientation of the optical axis 22 of a unit area changes linearly at a constant rate, it means that it changes gradually. However, it is preferable that the change in the inclination of the optical axes between adjacent unit areas in the direction of the axis A, in which the optical axes 22 have different inclinations, be 45° or less. It is preferable that the change in slope between adjacent unit areas be smaller.

光学異方性層１２１において、軸Ａ方向に向かって光学軸２２と軸Ａとがなす角度がφからφ＋１８０°（元に戻る）まで変化する距離、すなわち、光学軸２２が１８０°回転する周期を、回転周期（１周期）ｐとする。この回転周期ｐは、０．１～５μｍであるのが好ましい。回転周期ｐが短いほど、光学異方性層１２１すなわち液晶回折素子１２１による回折角が大きくなる。従って、回転周期ｐは、液晶回折素子１２１への入射光の波長および所望の出射角に応じて定めればよい。 In the optically anisotropic layer 121, the distance over which the angle between the optical axis 22 and the axis A changes from φ to φ+180° (returning to the original state) toward the axis A direction, that is, the period in which the optical axis 22 rotates 180° Let be the rotation period (one period) p. This rotation period p is preferably 0.1 to 5 μm. The shorter the rotation period p, the larger the diffraction angle by the optically anisotropic layer 121, that is, the liquid crystal diffraction element 121. Therefore, the rotation period p may be determined depending on the wavelength of the light incident on the liquid crystal diffraction element 121 and the desired output angle.

回折素子１６１は、上述した光学異方性層１２１の構成により、入射光に対してλ／２の位相差を与える共に、入射角０°で入射した、すなわち垂直入射した入射光を出射角θ2で出射させる。
すなわち、図６に示すように、光学異方性層１２１の面に垂直に右円偏光ＰRの光Ｌ1を入射させると、法線方向と角度θ2をなす方向に左円偏光ＰLの光Ｌ2が出射される。なお、光学異方性層１２１の面に垂直に光を入射するとは、言い換えれば、面の法線に沿って光を入射する、ということである。また、以下の説明では、光学異方性層１２１に入射する右円偏光ＰRの光Ｌ1を『入射光Ｌ1』ともいう。さらに、以下の説明では、光学異方性層から出射する左円偏光ＰLの光Ｌ2を『出射光Ｌ2』ともいう。Due to the configuration of the optically anisotropic layer 121 described above, the diffraction element 161 provides a phase difference of λ/2 to the incident light and converts the incident light incident at an incident angle of 0°, that is, vertically incident, to an output angle θ. 2 to fire.
That is, as shown in FIG. 6, when right-handed circularly polarized light L 1 is incident perpendicularly to the surface of the optically anisotropic layer 121, left-handed circularly polarized light P L is incident in a direction forming an angle θ 2 with the normal direction. The light L 2 is emitted. In other words, making light incident perpendicularly to the surface of the optically anisotropic layer 121 means making light incident along the normal line of the surface. Furthermore, in the following description, the light L 1 of right-handed circularly polarized light P R that is incident on the optically anisotropic layer 121 is also referred to as "incident light L 1 ". Furthermore, in the following description, the light L 2 of left-handed circularly polarized light PL that is emitted from the optically anisotropic layer is also referred to as "outgoing light L 2 ."

回折素子１６１は、所定の波長の光を入射させる場合、光学異方性層１２１における回転周期ｐが小さいほど、回折角すなわち出射光Ｌ2の出射角が大きくなる。出射光Ｌ2の出射角とは、光学異方性層１２１の法線方向と出射光Ｌ2とが成す角度である。When light of a predetermined wavelength is incident on the diffraction element 161, the smaller the rotation period p in the optically anisotropic layer 121, the larger the diffraction angle, that is, the output angle of the output light L2 . The output angle of the output light L 2 is the angle between the normal direction of the optically anisotropic layer 121 and the output light L 2 .

なお、液晶回折素子１２１は右円偏光と左円偏光とは回折する方位が異なるので、液晶回折素子１２１からの出射光Ｌ2の回折方向は、液晶回折素子１２１に入射する光の円偏光の状態を制御して入射する。すなわち、図示例のように、入射光が直線偏光の場合は、λ／４板を挿入して、左右どちらかの円偏光に変換してから入射することで、光の回折の方位をどちらかのみにすることができる。Note that the liquid crystal diffraction element 121 diffracts right-handed circularly polarized light and left - handed circularly polarized light in different directions. Inject by controlling the state. In other words, as in the illustrated example, if the incident light is linearly polarized light, by inserting a λ/4 plate and converting it into either left or right circularly polarized light before entering it, the direction of diffraction of the light can be changed to either direction. can only be

液晶回折素子（光学異方性層）１２１により回折作用を生じさせる光の波長λは、紫外から可視光、赤外、さらには、電磁波レベルであってもよい。
同一の回転周期ｐに対し、入射光の波長が大きいほど回折角が大きく、入射光の波長が小さいほど回折角が小さくなる。
なお、液晶化合物２０としては、棒状液晶化合物および円盤状液晶化合物が利用可能である。The wavelength λ of the light causing the diffraction effect by the liquid crystal diffraction element (optically anisotropic layer) 121 may range from ultraviolet to visible light, infrared, or even at the electromagnetic wave level.
For the same rotation period p, the larger the wavelength of the incident light, the larger the diffraction angle, and the smaller the wavelength of the incident light, the smaller the diffraction angle.
Note that as the liquid crystal compound 20, a rod-like liquid crystal compound and a disc-like liquid crystal compound can be used.

図６に示すように、液晶回折素子１２１の表面の法線に沿って右円偏光ＰRの入射光Ｌ1を入射させると、法線方向と角度θ2をなす方向に左円偏光ＰLの出射光Ｌ2が出射される。
一方、液晶回折素子１２１に左円偏光を入射光として入射させた場合には、入射光は光学異方性層１２１において右円偏光に変換されると共に図６とは逆向き（図中左方向）に進行方向が変化される。As shown in FIG. 6, when incident light L 1 of right-handed circularly polarized light P R is incident along the normal to the surface of the liquid crystal diffraction element 121, left-handed circularly polarized light P L is directed in a direction forming an angle θ 2 with the normal direction. Output light L 2 is emitted.
On the other hand, when left-handed circularly polarized light enters the liquid crystal diffraction element 121 as incident light, the incident light is converted into right-handed circularly polarized light at the optically anisotropic layer 121 and is directed in the opposite direction to that shown in FIG. ), the direction of travel is changed.

上記説明では入射光を光学異方性層に対して垂直に入射する例を示したが、入射光が斜めになった場合も同様に透過回折の効果が得られる。
斜め入射の場合には、入射角θ1を考慮に入れて上記式（１）を満たすように、所望の回折角θ2を得られるように回転周期の設計をすればよい。In the above description, an example was shown in which the incident light is incident perpendicularly to the optically anisotropic layer, but the effect of transmission diffraction can be similarly obtained even if the incident light is oblique.
In the case of oblique incidence, the rotation period may be designed so as to obtain the desired diffraction angle θ 2 so as to satisfy the above equation (1) by taking into account the incident angle θ 1 .

上述したように、本発明の光走査装置１００は、光偏向器１０１が偏向した光を、回折素子１６１（光学異方性層１２１）によって回折することで、光偏向器１０１の最大偏向角θmaxよりも遥かに大きい、最大の出射角度θmaxoutの偏向角による光の偏向を可能にしている。As described above, the optical scanning device 100 of the present invention diffracts the light deflected by the optical deflector 101 by the diffraction element 161 (optically anisotropic layer 121), thereby changing the maximum deflection angle θ of the optical deflector 101. This allows the light to be deflected at a deflection angle of the maximum output angle θ maxout , which is much larger than max .

光学異方性層１２１による光の回折角は、液晶化合物２０の光学軸２２が１８０°回転する１周期すなわち回転周期ｐが短いほど、大きくなる。 The diffraction angle of light by the optically anisotropic layer 121 becomes larger as one period of rotation of the optical axis 22 of the liquid crystal compound 20 by 180 degrees, that is, the rotation period p becomes shorter.

また、入射する円偏光の偏向方向（旋回方向）が同じ場合には、光学異方性層１２１による光の回折方向は、液晶化合物２０の光学軸２２の回転方向によって、逆になる。
すなわち、入射光Ｌ1が右円偏光ＰRである場合に、出射面側から見て、光学軸２２の回転方向が、図４～図６に示すように軸Ａ方向（矢印ｘ方向）に向かって時計回りである場合には、出射光Ｌ2は、例えば、軸Ａ方向に回折される。
これに対して、入射光Ｌ1が右円偏光ＰRである場合に、出射面側から見て、光学軸２２の回転方向が、軸Ａ方向に向かって反時計回りである場合には、出射光Ｌ2は、軸Ａ方向（矢印の方向）とは逆方向に回折される。Further, when the polarization direction (rotation direction) of the incident circularly polarized light is the same, the direction of diffraction of the light by the optically anisotropic layer 121 is reversed depending on the rotation direction of the optical axis 22 of the liquid crystal compound 20.
That is, when the incident light L 1 is right-handed circularly polarized light P R , the rotation direction of the optical axis 22 is in the axis A direction (arrow x direction) as shown in FIGS. 4 to 6 when viewed from the exit surface side. If the direction is clockwise, the emitted light L 2 is diffracted in the direction of the axis A, for example.
On the other hand, when the incident light L 1 is right-handed circularly polarized light P R and the rotation direction of the optical axis 22 is counterclockwise toward the axis A direction when viewed from the exit surface side, The emitted light L 2 is diffracted in a direction opposite to the direction of the axis A (the direction of the arrow).

これに応じて、本発明の光走査装置１００においては、光学異方性層１２１は、軸Ａ方向に向かう液晶化合物２０の光学軸２２の回転周期ｐを、光偏向器１０１による偏向（偏向方位）の中心から外側に向かって、漸次、短くする。すなわち、光学異方性層１２１による光の回折角は、偏向方向の外側に向かうにしたがって、大きくなる。
加えて、本発明の光走査装置１００においては、光学異方性層１２１は、軸Ａ方向に向かう液晶化合物２０の光学軸２２の回転方向を、光偏向器１０１による偏向の中心において、逆転する。例えば、図示例であれば、軸Ａ方向に向かって、軸Ａ方向の上流側から、偏向方向の中心までは、軸Ａ方向に向かう光学軸２２の回転方向を反時計回りとし、偏向の中心で光学軸２２の回転方向を逆転して、偏向の中心から軸Ａ方向の下流に向かっては、軸Ａ方向に向かう光学軸２２の回転方向を時計回りとする。
本発明の光走査装置１００は、このような構成を有することにより、光偏向器１０１の最大偏向角θmaxよりも遥かに大きい、最大の出射角度θmaxoutの偏向角による光の偏向を可能にしている。Accordingly, in the optical scanning device 100 of the present invention, the optically anisotropic layer 121 changes the rotation period p of the optical axis 22 of the liquid crystal compound 20 toward the axis A direction by the deflection (deflection direction) by the optical deflector 101. ) gradually shorten from the center outward. That is, the diffraction angle of light by the optically anisotropic layer 121 increases as it goes outward in the deflection direction.
In addition, in the optical scanning device 100 of the present invention, the optically anisotropic layer 121 reverses the rotation direction of the optical axis 22 of the liquid crystal compound 20 toward the axis A at the center of deflection by the optical deflector 101. . For example, in the illustrated example, from the upstream side in the axis A direction to the center of the deflection direction, the rotation direction of the optical axis 22 toward the axis A direction is counterclockwise, and the center of deflection is The rotational direction of the optical axis 22 is reversed, and the rotational direction of the optical axis 22 toward the axis A direction is made clockwise from the center of deflection toward the downstream side in the axis A direction.
By having such a configuration, the optical scanning device 100 of the present invention can deflect light at a maximum output angle θ maxout , which is much larger than the maximum deflection angle θ max of the optical deflector 101. ing.

なお、光学軸２２の回転方向を逆転するのは、通常、光学異方性層１２１における、軸Ａ方向（矢印ｘ方向）すなわち光学軸２２が回転する一方向の中心である。すなわち、光走査装置１００においては、通常、光偏向器１０１における偏向の中心と、光学異方性層１２１における軸Ａ方向の中心とを、一致させる。 Note that the direction of rotation of the optical axis 22 is usually reversed at the center of the optically anisotropic layer 121 in the axis A direction (arrow x direction), that is, one direction in which the optical axis 22 rotates. That is, in the optical scanning device 100, the center of deflection in the optical deflector 101 and the center of the optically anisotropic layer 121 in the axis A direction are usually made to coincide.

なお、本発明において、回転周期ｐは、偏向の中心から外側に向かって、連続的に短くなってもよく、または、段階的に短くなってもよい。 In the present invention, the rotation period p may be shortened continuously or stepwise from the center of deflection outward.

＜光学異方性層の形成＞
光学異方性層１２１は、一例として、液晶化合物を含む液晶組成物によって形成する。
光学異方性層１２１を形成するための、液晶化合物を含む液晶組成物は、液晶化合物の他に、レベリング剤、配向制御剤、重合開始剤および配向助剤などのその他の成分を含有していてもよい。支持体上に配向膜を形成し、その配向膜上に液晶組成物を塗布、硬化することにより、液晶組成物の硬化層からなる、所定の液晶配向パターンが固定化された光学異方性層を得ることができる。
次に、液晶組成物の各構成成分について詳述する。<Formation of optically anisotropic layer>
The optically anisotropic layer 121 is formed of, for example, a liquid crystal composition containing a liquid crystal compound.
The liquid crystal composition containing a liquid crystal compound for forming the optically anisotropic layer 121 contains, in addition to the liquid crystal compound, other components such as a leveling agent, an alignment control agent, a polymerization initiator, and an alignment aid. It's okay. An optically anisotropic layer in which a predetermined liquid crystal alignment pattern is fixed, consisting of a cured layer of a liquid crystal composition, by forming an alignment film on a support and coating and curing a liquid crystal composition on the alignment film. can be obtained.
Next, each component of the liquid crystal composition will be explained in detail.

光学異方性層１２１は、棒状液晶化合物または円盤状液晶化合物を含む液晶組成物の硬化層からなり、棒状液晶化合物の光学軸または円盤状液晶化合物の光学軸が、上記のように配向された液晶配向パターンを有している。
支持体１３１上に配向膜を形成し、配向膜上に液晶組成物を塗布、硬化することにより、液晶組成物の硬化層からなる光学異方性層を得ることができる。なお、いわゆるλ／２板として機能するのは光学異方性層であるが、本発明は、支持体１３１および配向膜を一体的に備えた積層体がλ／２板として機能する態様を含む。
また、光学異方性層を形成するための液晶組成物は、棒状液晶化合物または円盤状液晶化合物を含有し、さらに、レベリング剤、配向制御剤、重合開始剤および配向助剤などのその他の成分を含有していてもよい。The optically anisotropic layer 121 is composed of a cured layer of a liquid crystal composition containing a rod-like liquid crystal compound or a discotic liquid crystal compound, and the optical axis of the rod-like liquid crystal compound or the optical axis of the discotic liquid crystal compound is oriented as described above. It has a liquid crystal alignment pattern.
An optically anisotropic layer consisting of a cured layer of the liquid crystal composition can be obtained by forming an alignment film on the support 131 and applying and curing the liquid crystal composition on the alignment film. Although it is the optically anisotropic layer that functions as a so-called λ/2 plate, the present invention includes an embodiment in which a laminate integrally provided with the support 131 and an alignment film functions as a λ/2 plate. .
In addition, the liquid crystal composition for forming the optically anisotropic layer contains a rod-like liquid crystal compound or a discotic liquid crystal compound, and further contains other components such as a leveling agent, an alignment control agent, a polymerization initiator, and an alignment aid. may contain.

また、光学異方性層は、入射光の波長に対して広帯域であるのが望ましく、複屈折率が逆分散となる液晶材料を用いて構成されているのが好ましい。
さらに、液晶組成物に捩れ成分を付与することにより、また、異なる位相差層を積層することにより、入射光の波長に対して光学異方性層を実質的に広帯域にすることも好ましい。例えば、光学異方性層において、捩れ方向が異なる２層の液晶を積層することによって広帯域のパターン化されたλ／２板を実現する方法が特開２０１４－０８９４７６号公報等に示されており、本発明において好ましく使用することができる。Further, the optically anisotropic layer desirably has a wide band with respect to the wavelength of incident light, and is preferably constructed using a liquid crystal material whose birefringence index is inverse dispersion.
Furthermore, it is also preferable to make the optically anisotropic layer substantially broadband with respect to the wavelength of incident light by imparting a torsion component to the liquid crystal composition or by stacking different retardation layers. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2014-089476 discloses a method of realizing a broadband patterned λ/2 plate by laminating two layers of liquid crystals with different twist directions in an optically anisotropic layer. , can be preferably used in the present invention.

―棒状液晶化合物―
棒状液晶化合物としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類、および、アルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が好ましく用いられる。以上のような低分子液晶性分子だけではなく、高分子液晶性分子も用いることができる。-Rod-shaped liquid crystal compound-
Rod-shaped liquid crystal compounds include azomethines, azoxys, cyanobiphenyls, cyanophenyl esters, benzoic acid esters, cyclohexanecarboxylic acid phenyl esters, cyanophenylcyclohexanes, cyano-substituted phenylpyrimidines, alkoxy-substituted phenylpyrimidines, Phenyldioxanes, tolans, and alkenylcyclohexylbenzonitrile are preferably used. In addition to the above-mentioned low-molecular liquid crystal molecules, high-molecular liquid crystal molecules can also be used.

棒状液晶化合物を重合によって配向を固定することがより好ましく、重合性棒状液晶化合物としては、Makromol. Chem.,１９０巻、２２５５頁（１９８９年）、Advanced Materials ５巻、１０７頁（１９９３年）、米国特許４６８３３２７号明細書、同５６２２６４８号明細書、同５７７０１０７号明細書、国際公開第９５／２２５８６号、同９５／２４４５５号、同９７／００６００号、同９８／２３５８０号、同９８／５２９０５号、特開平１－２７２５５１号公報、同６－１６６１６号公報、同７－１１０４６９号公報、同１１－８００８１号公報、および、特願２００１－６４６２７号公報などに記載の化合物を用いることができる。さらに棒状液晶化合物としては、例えば、特表平１１－５１３０１９号公報および特開２００７－２７９６８８号公報に記載のものも好ましく用いることができる。 It is more preferable to fix the orientation of a rod-like liquid crystal compound by polymerization, and examples of polymerizable rod-like liquid crystal compounds include Makromol. Chem., Vol. 190, p. 2255 (1989), Advanced Materials, Vol. 5, p. 107 (1993); US Pat. No. 4,683,327, US Pat. No. 5,622,648, US Pat. No. 5,770,107, International Publication No. 95/22586, US Pat. No. 95/24455, US Pat. , JP-A-1-272551, JP-A-6-16616, JP-A-7-110469, JP-A-11-80081, and Japanese Patent Application No. 2001-64627, etc. can be used. Further, as the rod-shaped liquid crystal compound, for example, those described in Japanese Patent Publication No. 11-513019 and Japanese Patent Application Laid-open No. 2007-279688 can also be preferably used.

―円盤状液晶化合物―
円盤状液晶化合物としては、例えば、特開２００７－１０８７３２号公報および特開２０１０－２４４０３８号公報に記載のものを好ましく用いることができる。
なお、光学異方性層に円盤状液晶化合物を用いた場合には、光学異方性層において、液晶化合物２０は厚さ方向に立ち上がっており、液晶化合物に由来する光学軸２２は、円盤面に垂直な軸、いわゆる進相軸として定義される。-Disc-shaped liquid crystal compound-
As the discotic liquid crystal compound, for example, those described in JP-A No. 2007-108732 and JP-A No. 2010-244038 can be preferably used.
Note that when a discotic liquid crystal compound is used in the optically anisotropic layer, the liquid crystal compound 20 stands up in the thickness direction in the optically anisotropic layer, and the optical axis 22 originating from the liquid crystal compound is aligned with the disc surface. is defined as the axis perpendicular to , the so-called fast axis.

光学異方性層１２１は、配向膜１３上に液晶組成物を多層塗布することにより形成することができる。
多層塗布とは、配向膜の上に液晶組成物を塗布し、加熱し、さらに冷却した後に紫外線硬化を行って１層目の液晶固定化層を作製した後、２層目以降はその液晶固定化層に重ね塗りして塗布を行い、同様に加熱し、冷却後に紫外線硬化を行うことを繰り返すことをいう。光学異方性層１２１を上記のように多層塗布して形成することにより、光学異方性層１２１の総厚が厚くなった場合でも、配向膜１３の配向方向を、光学異方性層１２１の下面から上面にわたって反映させることができる。The optically anisotropic layer 121 can be formed by applying multiple layers of liquid crystal compositions on the alignment film 13.
Multilayer coating means that a liquid crystal composition is coated on an alignment film, heated, further cooled, and then cured with ultraviolet rays to create the first liquid crystal fixing layer. This refers to repeating the process of applying multiple coats, heating in the same way, and curing with ultraviolet light after cooling. By forming the optically anisotropic layer 121 by applying multiple layers as described above, even if the total thickness of the optically anisotropic layer 121 becomes thick, the orientation direction of the alignment film 13 can be changed from the optically anisotropic layer 121. It can be reflected from the bottom to the top of the .

図７は、液晶回折素子の設計変更例における光学異方性層の平面模式図である。
図７に示す光学異方性層１２２における液晶配向パターンは、上述した光学異方性層１２１における液晶配向パターンと異なる。図７においては、光学軸２２のみを示している。図７の光学異方性層１２２は、光学軸２２の向きが中心側から外側の多方向、例えば、軸Ａ1、Ａ2、Ａ3…に沿って徐々に回転して変化している液晶配向パターンを有している。
すなわち、図７に示す光学異方性層１２２の液晶配向パターンは、放射状に光学軸２２が回転する液晶配向パターンである。言い換えれば、図７に示す光学異方性層１２２の液晶配向パターンは、光学軸の向きが連続的に回転しながら変化する一方向を、内側から外側に向かう同心円状に有する、同心円状のパターンである。
図７に示す液晶配向パターンによって、入射光は光学軸２２の向きが異なる局所領域間では、異なる変化量で絶対位相が変化する。図７に示すような放射状に光学軸が回転変化する液晶配向パターンを備えれば、入射した光を、発散光または集光光として透過させることができる。すなわち、光学異方性層１２１中の液晶配向パターンによって凹レンズまたは凸レンズとしての機能を実現できる。FIG. 7 is a schematic plan view of an optically anisotropic layer in a modified example of the design of a liquid crystal diffraction element.
The liquid crystal alignment pattern in the optically anisotropic layer 122 shown in FIG. 7 is different from the liquid crystal alignment pattern in the optically anisotropic layer 121 described above. In FIG. 7, only the optical axis 22 is shown. The optically anisotropic layer 122 in FIG. 7 is a liquid crystal in which the direction of the optical axis 22 gradually rotates and changes in multiple directions from the center to the outside, for example, along the axes A 1 , A 2 , A 3 . It has an orientation pattern.
That is, the liquid crystal alignment pattern of the optically anisotropic layer 122 shown in FIG. 7 is a liquid crystal alignment pattern in which the optical axis 22 rotates radially. In other words, the liquid crystal alignment pattern of the optically anisotropic layer 122 shown in FIG. 7 is a concentric pattern in which the direction of the optical axis changes while continuously rotating in a concentric manner from the inside to the outside. It is.
Due to the liquid crystal alignment pattern shown in FIG. 7, the absolute phase of the incident light changes by different amounts in local regions where the optical axis 22 is in different directions. By providing a liquid crystal alignment pattern in which the optical axis rotates radially as shown in FIG. 7, incident light can be transmitted as diverging light or condensed light. That is, depending on the liquid crystal orientation pattern in the optically anisotropic layer 121, the function as a concave lens or a convex lens can be realized.

本発明の光走査装置の好ましい態様としては、図７に示す光学異方性層１２２の凹レンズの機能を回折素子１６１に用いる。このときに、レンズの中心を光偏向器１０１の出射光の中心に合わせると、光偏向器１０１から出射した最大偏向角θmaxの角度を最も効率的に光を広げることができる。
なお、液晶回折素子の分割領域（１２０ａ～１２０ｅに例示）の大きさは小さいほど滑らかに変化するので好ましいが、照射するレーザ光のビーム径によっては実用上問題ない程度に有限の値であってもよい。たとえば、１０～数百μｍ程度であってもよい。In a preferred embodiment of the optical scanning device of the present invention, the concave lens function of the optically anisotropic layer 122 shown in FIG. 7 is used for the diffraction element 161. At this time, by aligning the center of the lens with the center of the light emitted from the optical deflector 101, the light can be most efficiently spread through the maximum deflection angle θ max emitted from the optical deflector 101.
Note that the smaller the size of the divided regions (120a to 120e) of the liquid crystal diffraction element is, the more smoothly the changes are preferable; Good too. For example, it may be about 10 to several hundred μm.

以上の例では、液晶回折素子の液晶化合物は、厚さ方向には一方向を向いているが、本発明は、これに制限はされない。液晶回折素子を構成する光学異方性層は、厚さ方向に沿って伸びる螺旋軸に沿って捩れ配向した液晶化合物を有するものであってもよい。また、捻れ配向方向が異なる複数の液晶層の積層であってもよい。この場合、光の入射角度と波長に対する許容度が広くなる。 In the above example, the liquid crystal compound of the liquid crystal diffraction element is oriented in one direction in the thickness direction, but the present invention is not limited to this. The optically anisotropic layer constituting the liquid crystal diffraction element may include a liquid crystal compound twisted and oriented along a helical axis extending along the thickness direction. Alternatively, a plurality of liquid crystal layers having different twist orientation directions may be laminated. In this case, the tolerance for the incident angle and wavelength of light is wide.

図７に示す光学異方性層１２２の凹レンズの機能を回折素子１６１に用いることにより、中心から放射状に拡散するように、光を偏向させることができる。
例えば、本発明の光走査装置において、図１０に概念的に示すように、凹レンズとして機能する光学異方性層１２２を有する回折素子１６２と、光偏向器として、放射状に光を偏向する光偏向器１０２とを用いる。光偏向器１０２は、例えば、方位３６０°、極角０～３５°で、光を偏向する。
これにより、図１０に示すように、光偏向器１０２で放射状に偏向した光Ｌを、液晶回折素子１２２によって回折させることで、偏向角すなわち光偏向器１０２による方位角を拡大して、広い範囲に放射状に光を偏向できる。
また、図１０に示すように、光走査装置は、集光素子としての集光レンズ１１０と、λ／４板１１１と、集光レンズ１１２と、を好適に有してもよい。集光レンズ１１０は、公知の集光レンズであって、液晶回折素子に入射する光を、若干、集光するものである。集光レンズ１１０を有することにより、光走査装置１００（液晶回折素子１２２）から出射する光（光ビーム）を、適正な平行光にして、直進性を向上できる。By using the concave lens function of the optically anisotropic layer 122 shown in FIG. 7 in the diffraction element 161, light can be deflected so as to be diffused radially from the center.
For example, in the optical scanning device of the present invention, as conceptually shown in FIG. The container 102 is used. The optical deflector 102 deflects light at, for example, an azimuth of 360° and a polar angle of 0 to 35°.
Thereby, as shown in FIG. 10, by diffracting the light L radially deflected by the optical deflector 102 by the liquid crystal diffraction element 122, the deflection angle, that is, the azimuth angle by the optical deflector 102 is expanded, and the light L is radially deflected by the optical deflector 102. Light can be deflected radially.
Further, as shown in FIG. 10, the optical scanning device may suitably include a condenser lens 110 as a condensing element, a λ/4 plate 111, and a condenser lens 112. The condensing lens 110 is a known condensing lens that condenses some of the light that is incident on the liquid crystal diffraction element. By having the condensing lens 110, the light (light beam) emitted from the optical scanning device 100 (liquid crystal diffraction element 122) can be made into appropriate parallel light, and its straightness can be improved.

なお、このように放射状に光を偏向する光偏向器１０２としては、一例として、２０１２－２０８３５２号公報に記載されるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems、微小機器電気システム）光偏向器、特開２０１４－１３４６４２号公報に記載されるＭＥＭＳ光偏向器、および、特開２０１５－２２０６４号公報に記載されるＭＥＭＳ光偏向器等、圧電アクチュエータ等を用いてミラー（鏡）を揺動させることにより、光を偏向（偏向走査）する、公知のＭＥＭＳ光偏向器（ＭＥＭＳ（光）スキャナー、ＭＥＭＳ光偏向器、ＭＥＭＳミラー、および、ＤＭＤ（Digital MicromirrorDevice））等が例示される。また、本発明の光走査装置は、単純構造、単純駆動で、大きな角度偏向可能なため、軽量小型化が望まれる光をスキャンするあらゆる用途に応用が可能である。例えば、ビームスキャンを用いた描画装置、ビームスキャン型プロジェクションディスプレイ、ビームスキャン型ヘッドアップディスプレイ、ビームスキャン型ＡＲグラス等である。この場合、可視光をはじめ広い波長域で光を光偏向させる装置として応用することができる。 Note that examples of the optical deflector 102 that deflects light radially in this way include a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) optical deflector described in 2012-208352, and JP-A-2014- The MEMS optical deflector described in Japanese Patent No. 134642 and the MEMS optical deflector described in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-22064 can emit light by swinging a mirror using a piezoelectric actuator or the like. Examples include known MEMS optical deflectors (MEMS (optical) scanners, MEMS optical deflectors, MEMS mirrors, and DMDs (Digital Micromirror Devices)) that perform deflection (deflection scanning). Further, the optical scanning device of the present invention has a simple structure, a simple drive, and can be deflected by a large angle, so that it can be applied to all kinds of applications for scanning light that require reduction in weight and size. Examples include a drawing device using beam scanning, a beam scanning type projection display, a beam scanning type head-up display, and a beam scanning type AR glass. In this case, it can be applied as a device that optically deflects light in a wide wavelength range including visible light.

本発明の光走査装置において、光偏向器としては、上述したＭＥＭＳ光偏向器、液晶光位相変調素子に制限はされず、ガルバノミラー、ポリゴンミラー、および、光フェーズドアレー偏向素子（光位相変調素子）等、公知の光偏向器が、各種、利用可能である。
中でも、機械的な可動部が小さく、かつ、機械的な可動部が少ないという点で、光偏向器としては、上述したＭＥＭＳ光偏向素子および光フェーズドアレー偏向素子が、好適に利用される。In the optical scanning device of the present invention, the optical deflector is not limited to the above-mentioned MEMS optical deflector or liquid crystal optical phase modulation element, but may include a galvanometer mirror, a polygon mirror, and an optical phased array deflection element (optical phase modulation element). ) and the like can be used.
Among these, the above-mentioned MEMS optical deflection element and optical phased array deflection element are preferably used as the optical deflector because the mechanically movable parts are small and there are few mechanically movable parts.

以下、本発明の実施例について具体的に説明する。 Examples of the present invention will be specifically described below.

以下の比較例および実施例の光走査装置は、上記実施形態１に係るものである。 The optical scanning devices of the following comparative examples and examples are those according to the first embodiment.

［比較例１］
＜液晶回折素子の作製＞
支持体として、市販のガラス基板（コーニング社ＥＡＧＬＥ）を用意した。この支持体の線膨張係数は３ｐｐｍ／℃であった。
この支持体をプラズマ処理で表面処理し溶液塗布性を改良した後、下記の配向膜形成用塗布液をスピンコートした後、６０℃のホットプレート上で６０秒間乾燥し、配向膜を形成した。[Comparative example 1]
<Preparation of liquid crystal diffraction element>
A commercially available glass substrate (EAGLE manufactured by Corning Inc.) was prepared as a support. The linear expansion coefficient of this support was 3 ppm/°C.
This support was surface-treated with plasma treatment to improve solution coating properties, and then spin-coated with the following coating solution for forming an alignment film, followed by drying on a hot plate at 60° C. for 60 seconds to form an alignment film.

配向膜形成用塗布液
―――――――――――――――――――――――――――――――――
光配向用素材Ａ １．００質量部
水 １６．００質量部
ブトキシエタノール ４２．００質量部
プロピレングリコールモノメチルエーテル ４２．００質量部
―――――――――――――――――――――――――――――――――Coating liquid for forming alignment film――――――――――――――――――――――――――――――
Photoalignment material A 1.00 parts by mass Water 16.00 parts by mass Butoxyethanol 42.00 parts by mass Propylene glycol monomethyl ether 42.00 parts by mass―――――――――――――――― ――――――――――――――――

－光配向用素材Ａ－
-Photo alignment material A-

（配向膜の露光）
図９に示す露光装置を用いて配向膜を露光して、配向パターンを有する配向膜Ｐ－１を形成した。露光装置において、レーザとして波長（４０５ｎｍ）のレーザ光を出射するものを用いた。干渉光による露光量を１００ｍＪ／ｃｍ2とした。
なお、レンズ（凸レンズ）の屈折力を調節して、その後の光学異方性層の形成時に、中心から外側に向かって、光学異方性層における液晶化合物の光学軸の回転の周期が、漸次、短くなるようにした。(Exposure of alignment film)
The alignment film was exposed using the exposure apparatus shown in FIG. 9 to form an alignment film P-1 having an alignment pattern. In the exposure apparatus, a laser that emits a laser beam having a wavelength (405 nm) was used. The exposure amount by interference light was 100 mJ/cm 2 .
Note that by adjusting the refractive power of the lens (convex lens), during the subsequent formation of the optically anisotropic layer, the period of rotation of the optical axis of the liquid crystal compound in the optically anisotropic layer gradually changes from the center to the outside. , made it shorter.

（光学異方性層の形成）
光学異方性層を形成する液晶組成物として、下記の組成物Ａ－１を調製した。
組成物Ａ－１
――――――――――――――――――――――――――――――――――
液晶化合物Ｌ－１ １００．００質量部
重合開始剤（ＢＡＳＦ製、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）９０７）
３．００質量部
光増感剤（日本化薬社製、ＫＡＹＡＣＵＲＥ ＤＥＴＸ－Ｓ）
１．００質量部
レベリング剤Ｔ－１ ０．０８質量部
メチルエチルケトン ３１３．００質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――――(Formation of optically anisotropic layer)
The following composition A-1 was prepared as a liquid crystal composition for forming an optically anisotropic layer.
Composition A-1
――――――――――――――――――――――――――――――――
Liquid crystal compound L-1 100.00 parts by mass Polymerization initiator (manufactured by BASF, Irgacure (registered trademark) 907)
3.00 parts by mass photosensitizer (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd., KAYACURE DETX-S)
1.00 parts by mass Leveling agent T-1 0.08 parts by mass Methyl ethyl ketone 313.00 parts by mass―――――――――――――――――――――――― ------

液晶化合物Ｌ－１
Liquid crystal compound L-1

レベリング剤Ｔ－１
Leveling agent T-1

光学異方性層は、組成物Ａ－１を配向膜Ｐ－１上に多層塗布することにより形成した。多層塗布とは、先ず配向膜の上に１層目の組成物Ａ－１を塗布、加熱、冷却後に紫外線硬化を行って液晶固定化層を作製した後、２層目以降はその液晶固定化層に重ね塗りして塗布を行い、同様に加熱、冷却後に紫外線硬化を行うことを繰り返すことを指す。多層塗布により形成することにより、光学異方性層の総厚が厚くなった時でも配向膜の配向方向が光学異方性層の下面から上面にわたって反映される。 The optically anisotropic layer was formed by applying multiple layers of composition A-1 on alignment film P-1. Multilayer coating means that the first layer of composition A-1 is first applied onto the alignment film, heated, cooled, and then cured with ultraviolet light to create a liquid crystal fixing layer. Refers to the repeated application of multiple layers, followed by heating, cooling, and UV curing. By forming the optically anisotropic layer by multilayer coating, even when the total thickness of the optically anisotropic layer becomes thick, the orientation direction of the alignment film is reflected from the bottom surface to the top surface of the optically anisotropic layer.

先ず１層目は、配向膜Ｐ－１上に組成物Ａ－１を塗布して、塗膜をホットプレート上で７０℃に加熱し、その後、２５℃に冷却した後、窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて波長３６５ｎｍの紫外線を１００ｍＪ／ｃｍ2の照射量で塗膜に照射することにより、液晶化合物の配向を固定化した。この時の１層目の液晶固定化層の膜厚は０．２μｍであった。First, for the first layer, composition A-1 is applied onto alignment film P-1, and the coating film is heated to 70°C on a hot plate, then cooled to 25°C, and then heated under high pressure in a nitrogen atmosphere. The orientation of the liquid crystal compound was fixed by irradiating the coating film with ultraviolet rays with a wavelength of 365 nm at a dose of 100 mJ/cm 2 using a mercury lamp. The thickness of the first liquid crystal fixing layer at this time was 0.2 μm.

２層目以降は、この液晶固定化層に重ね塗りして、上と同じ条件で加熱、冷却後に紫外線硬化を行って液晶固定化層を作製した。このようにして、総厚が所望の膜厚になるまで重ね塗りを繰り返して、光学異方性層を形成することで、支持体、配向膜、および、光学異方性層を有する、回折素子を作製した。
光学異方性層は、最終的に液晶のΔｎ９４０×厚さ（Ｒｅ（９４０））が４７０ｎｍになり、かつ、光学軸が回転する一方向において、中心から外側に向かって、光学異方性層における液晶化合物の光学軸の回転周期が、漸次、短くなっていること、および、中心で光学軸の回転方向が逆転していることを、偏光顕微鏡で確認した。
なお、この光学異方性層の液晶配向パターンにおいて、液晶化合物の光軸が１８０°回転する回転周期（１周期）は、中心部の回転周期が非常に大きく（回転周期の逆数が０）、中心から２．５ｍｍの距離での回転周期が１０．６μｍ、中心から５．０ｍｍの距離での回転周期が５．３μｍであり、中心から外方向に向かって、回転周期が、漸次、短くなる液晶配向パターンであった。For the second and subsequent layers, this liquid crystal fixing layer was overcoated, heated under the same conditions as above, and after cooling, ultraviolet curing was performed to produce a liquid crystal fixing layer. In this way, by repeating overcoating until the total thickness reaches the desired thickness and forming an optically anisotropic layer, a diffraction element having a support, an alignment film, and an optically anisotropic layer is formed. was created.
The optically anisotropic layer finally has a liquid crystal Δn 940 × thickness (Re(940)) of 470 nm, and the optical anisotropy increases from the center to the outside in one direction in which the optical axis rotates. It was confirmed using a polarizing microscope that the rotation period of the optical axis of the liquid crystal compound in the layer gradually became shorter, and that the rotation direction of the optical axis was reversed at the center.
In addition, in the liquid crystal alignment pattern of this optically anisotropic layer, the rotation period (1 period) in which the optical axis of the liquid crystal compound rotates 180 degrees is very large at the center (the reciprocal of the rotation period is 0), The rotation period at a distance of 2.5 mm from the center is 10.6 μm, the rotation period at a distance of 5.0 mm from the center is 5.3 μm, and the rotation period gradually becomes shorter as you move outward from the center. It was a liquid crystal alignment pattern.

光源のレーザーとして９４０ｎｍの半導体レーザーを用意した。またレーザーの直線偏光を円偏光に変換して液晶回折素子に入射するために、λ／４板（円偏光板、Ｅｄｍｕｎｄ社）を準備した。Δｎ９４０×ｄ（Ｒｅ（９４０））は４７０ｎｍであった。
また、特開２０１４－１３４６４２号公報に記載される方法でマイクロミラーデバイスを作製した。ミラー部の直径は４ｍｍ、偏向角度は±３５°であった。
これらを図１になるように構成し、光走査装置を作製した。この際に、レーザー光の偏光方位とλ／４板の面内遅相軸とを４５°で交差させ、円偏光に変換されるようにした。また、光偏向器によって偏向した光の直進性を良くするために光源と光偏向器との間に集光レンズ（凸レンズ）を配置した。
その他、各光学部品の特性値は以下の通りである。
レーザー光の光径は３ｍｍ、集光レンズの焦点距離は３５ｍｍ、集光レンズとＭＥＭＳの距離は１６ｍｍ、ＭＥＭＳと液晶回折素子の距離は７ｍｍとした。
ＭＥＭＳによる出射光の偏向角度の範囲は±３５°であった。
液晶回折素子の直径は２０ｍｍである。液晶回折素子は、中心部の回転周期が非常に大きく（回転周期の逆数が０）で、半径５ｍｍの位置での回転周期が４．８μｍ、半径１０ｍｍの位置での回転周期が２．６μｍであり、中心から外方向に向かって、回転周期が、漸次、短くなる液晶配向パターンであった。A 940 nm semiconductor laser was prepared as a light source laser. In addition, a λ/4 plate (circularly polarizing plate, manufactured by Edmund) was prepared in order to convert the linearly polarized light of the laser into circularly polarized light and enter the liquid crystal diffraction element. Δn 940 ×d(Re(940)) was 470 nm.
In addition, a micromirror device was manufactured by the method described in JP-A-2014-134642. The diameter of the mirror portion was 4 mm, and the deflection angle was ±35°.
These were configured as shown in FIG. 1 to produce an optical scanning device. At this time, the polarization direction of the laser beam and the in-plane slow axis of the λ/4 plate were made to intersect at 45° so that the laser beam was converted into circularly polarized light. Furthermore, a condensing lens (convex lens) was placed between the light source and the optical deflector to improve the straightness of the light deflected by the optical deflector.
In addition, the characteristic values of each optical component are as follows.
The diameter of the laser beam was 3 mm, the focal length of the condenser lens was 35 mm, the distance between the condenser lens and the MEMS was 16 mm, and the distance between the MEMS and the liquid crystal diffraction element was 7 mm.
The range of the deflection angle of the light emitted by the MEMS was ±35°.
The diameter of the liquid crystal diffraction element is 20 mm. The liquid crystal diffraction element has a very large rotation period at the center (the reciprocal of the rotation period is 0), with a rotation period of 4.8 μm at a radius of 5 mm and a rotation period of 2.6 μm at a radius of 10 mm. It was a liquid crystal alignment pattern in which the rotation period gradually became shorter from the center toward the outside.

光源の２５℃における中心波長λ０は、９４０ｎｍであり、４０℃温度上昇した場合の中心波長の増分ｄλは、８ｎｍである。
支持体の線膨張係数は３ｐｐｍ／℃であるため、条件式（１）の左辺は、２．０７×１０-4となり、条件式（１）を満たさない。The center wavelength λ0 of the light source at 25° C. is 940 nm, and the increment dλ of the center wavelength when the temperature increases by 40° C. is 8 nm.
Since the linear expansion coefficient of the support is 3 ppm/° C., the left side of conditional expression (1) is 2.07×10 −4 , which does not satisfy conditional expression (1).

［実施例１］
比較例１の支持体を、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）である、住化アクリル販売社製、テクノロイＳ００１Ｇに変えた以外は比較例１と同じ条件で実施例１の液晶回折素子を作製し、光走査装置を作製した。なおＰＭＭＡの熱膨張係数は７０ｐｐｍ／℃であった。
実施例１の構成では、条件式（１）の左辺は、１．４×１０-4となり、条件式（１）を満たす。[Example 1]
The liquid crystal diffraction element of Example 1 was produced under the same conditions as Comparative Example 1, except that the support of Comparative Example 1 was changed to Technoloy S001G, manufactured by Sumika Acrylic Sales Co., Ltd., which is PMMA (polymethyl methacrylate resin). , created an optical scanning device. Note that the thermal expansion coefficient of PMMA was 70 ppm/°C.
In the configuration of the first embodiment, the left side of conditional expression (1) is 1.4×10 −4 and satisfies conditional expression (1).

［実施例２］
実施例１の支持体を、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）である、日本ゼオン社製、ＺＦ－４に変えた以外は実施例１と同じ条件で実施例２の液晶回折素子を作製し、光走査装置を作製した。なおＣＯＰの熱膨張係数は７０ｐｐｍ／℃であった。
実施例２の構成では、条件式（１）の左辺は、１．４×１０-4となり、条件式（１）を満たす。[Example 2]
A liquid crystal diffraction element of Example 2 was prepared under the same conditions as in Example 1 except that the support in Example 1 was changed to ZF-4, a cycloolefin polymer (COP) manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., and optical scanning was performed. The device was created. Note that the thermal expansion coefficient of COP was 70 ppm/°C.
In the configuration of the second embodiment, the left side of conditional expression (1) is 1.4×10 −4 and satisfies conditional expression (1).

［実施例３］
実施例１の支持体を、低密度ポリエチレンである、タマポリ社製、Ｖ－１に変えた以外は実施例１と同じ条件で実施例３の液晶回折素子を作製し、光走査装置を作製した。なお低密度ポリエチレンの熱膨張係数は１８０ｐｐｍ／℃であった。
実施例３の構成では、条件式（１）の左辺は、０．３×１０-4となり、条件式（１）を満たす。[Example 3]
The liquid crystal diffraction element of Example 3 was produced under the same conditions as in Example 1, except that the support in Example 1 was changed to V-1 made by Tamapoly Co., Ltd., which is a low-density polyethylene, and an optical scanning device was produced. . Note that the thermal expansion coefficient of the low density polyethylene was 180 ppm/°C.
In the configuration of the third embodiment, the left side of conditional expression (1) is 0.3×10 −4 and satisfies conditional expression (1).

［評価］
マイクロミラーデバイスによる偏向角は回折素子への入射角－３０°～＋３０°の範囲とし、回折素子に入射した光は、入射角－３０～＋３０°の範囲から液晶回折素子で大きく拡大され、±６０°の偏向角で光が出射されることを確認した。また、このデバイスの回折素子の線膨張係数を室温２５°と６５°における長さを測定することにより求めた値を下記表に示す。このデバイスの温度変動による影響を確認するため、入射角３０°における出射角度６０°の変化を温度を変えて評価した。
温度は室温２５°と６５°を比較した。
Ａ：温度変動での角度変化が０．１°以内（許容）
Ｂ：温度変動での角度変化が０．１～０．３°（許容）
Ｘ：温度変動での角度変化が０．３°以上（不許容）
評価結果を下記表１に示す。[evaluation]
The deflection angle by the micromirror device is in the range of -30° to +30° at the incident angle to the diffraction element, and the light incident on the diffraction element is greatly expanded by the liquid crystal diffraction element from the incident angle range of -30° to +30°, and ± It was confirmed that light was emitted at a deflection angle of 60°. Further, the linear expansion coefficient of the diffraction element of this device was determined by measuring the length at room temperature of 25° and 65°, and the values are shown in the table below. In order to confirm the influence of temperature fluctuations on this device, changes in the output angle of 60° at an incident angle of 30° were evaluated by varying the temperature.
The temperature was compared between room temperature 25° and 65°.
A: Angle change due to temperature fluctuation is within 0.1° (acceptable)
B: Angle change due to temperature fluctuation is 0.1 to 0.3° (acceptable)
X: Angle change due to temperature fluctuation is 0.3° or more (unacceptable)
The evaluation results are shown in Table 1 below.

これにより、式１の値を満たすの場合に温度変動による影響が小さいことは明らかである。 From this, it is clear that the influence of temperature fluctuations is small when the value of Equation 1 is satisfied.

１３ 配向膜
５０、８０ 露光装置
５２、８２ レーザ
５４、８４ 光源
５６、８６、９４ 偏光ビームスプリッター
５８Ａ、５８Ｂ、９０Ａ、９０Ｂ ミラー
６０Ａ、６０Ｂ、９６ λ／４板
７０ レーザ光
７２Ａ、７２Ｂ 光線
９２ レンズ
１００ 光走査装置
１０１、１０２ 光偏向器
１１０ 集光レンズ
１１１ λ／４板
１２０、１２１、１２２ 液晶回折素子（光学異方性層）
１２０ａ～１２０ｅ 領域
１３１ 支持体
１４１ 制御器
１５１ 光源
１６１、１６２ 回折素子
β 交差角
Ｐ0 直線偏光
ＰR 右円偏光
ＰL 左円偏光
Ｍ レーザ光
ＭＳ Ｓ偏光
ＭＰ Ｐ偏光13 Alignment film 50, 80 Exposure device 52, 82 Laser 54, 84 Light source 56, 86, 94 Polarizing beam splitter 58A, 58B, 90A, 90B Mirror 60A, 60B, 96 λ/4 plate 70 Laser light 72A, 72B Ray 92 Lens 100 Optical scanning device 101, 102 Optical deflector 110 Condensing lens 111 λ/4 plate 120, 121, 122 Liquid crystal diffraction element (optically anisotropic layer)
120a to 120e Region 131 Support 141 Controller 151 Light source 161, 162 Diffraction element β Intersection angle P 0 Linearly polarized light P R Right circularly polarized light P L Left circularly polarized light M Laser light MS S polarized light MP P polarized light

Claims (3)

光源と、光偏向器と、回折素子と、を備えた光走査装置であって、
前記回折素子は、
支持体と、前記支持体に支持される、液晶組成物の硬化層である光学異方性層とを含み、
前記液晶組成物に含まれる液晶化合物の光学軸が、前記光学異方性層の面に平行であり、かつ、前記光学異方性層が、該光学異方性層の面内の少なくとも一方向に沿って配列された液晶配向パターンであって、前記液晶化合物の光学軸の向きが、連続的に回転変化した液晶配向パターンを有しており、
前記支持体が、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする光走査装置。
（１）｜ｄλ／（ｄｔ×λ０）－α｜＜２×１０-4
ここで、
λ０：２５℃における光源の中心波長（ｎｍ）
ｄλ：温度上昇（室温２５℃→６５℃）による光源の中心波長の増分（ｎｍ）
ｄｔ：温度の増分（℃：室温２５℃→６５℃）
α：支持体の線膨張係数（１／℃） An optical scanning device comprising a light source, an optical deflector, and a diffraction element ,
The diffraction element is
a support, and an optically anisotropic layer supported by the support, which is a cured layer of a liquid crystal composition,
The optical axis of the liquid crystal compound contained in the liquid crystal composition is parallel to the plane of the optically anisotropic layer, and the optical axis of the optically anisotropic layer is parallel to the plane of the optically anisotropic layer. A liquid crystal alignment pattern arranged along the direction, wherein the direction of the optical axis of the liquid crystal compound has a continuous rotational change,
An optical scanning device characterized in that the support satisfies the following conditional expression (1).
(1) |dλ/(dt×λ0)−α|<2×10 -4
here,
λ0: center wavelength of light source at 25°C (nm)
dλ: Increment (nm) in the center wavelength of the light source due to temperature rise (room temperature 25°C → 65°C)
dt: Increment of temperature (°C: room temperature 25°C → 65°C)
α: Linear expansion coefficient of support (1/℃) 前記光学異方性層は、前記液晶化合物の前記光学軸の向きが０．１～５μｍの周期で１８０°回転している、請求項１に記載の光走査装置。 The optical scanning device according to claim 1, wherein in the optically anisotropic layer, the direction of the optical axis of the liquid crystal compound is rotated by 180° at a period of 0.1 to 5 μm. 前記回折素子は、前記光学異方性層を複数有する、請求項１または２に記載の光走査装置。 The optical scanning device according to claim 1 or 2, wherein the diffraction element has a plurality of the optically anisotropic layers.
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